[发明专利]一种可见光响应型CuxO-TiO2光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，特别是涉及一种一价铜和二价铜混合掺杂二氧化钛光催化剂（Cu_xO-TiO₂）及其制备方法。

背景技术

自1972年Fujishima和Honda发现了二氧化钛（TiO₂）电极上光分解水的现象（Nature,1972,238(5358):37-39）以来，半导体光催化技术步入了一个全新的阶段。在众多光催化剂中，TiO₂因其稳定、无毒、无二次污染、耐光腐蚀、光催化活性高且制备成本低廉等优点，而成为应用最为广泛的光催化剂，在环境治理、染料敏化太阳能电池以及水光解制氢等领域发挥着至关重要的作用。

TiO₂主要的缺点——禁带宽度（锐钛矿和板钛矿3.2eV，金红石3.0eV）过宽，使其只能利用波长范围小于385nm的紫外光(在太阳光成分中只占4～5%)，从而限制了TiO₂的大规模应用。通过与其它半导体复合，非金属元素掺杂，过渡金属离子掺杂，离子共掺杂，染料敏化，以及表面贵金属沉积等手段均能有效扩展TiO₂光谱响应范围至可见光区域。

2001年，R.Asahi和T.Morikawa通过第一性原理计算发现了N掺杂TiO₂的可见光催化活性（Science,2001,293:269-271），为TiO₂基可见光催化剂树立了标杆。然而，传统的TiO₂基可见光催化剂，如N掺杂TiO₂，仍存在光生电子-空穴复合率高而导致的量子效率低、掺杂元素易渗出而导致的稳定性差、氧化能力低以及光生空穴迁移率低等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，提供一种可见光响应型Cu_xO-TiO₂光催化剂及其制备方法，其具有强氧化性和高的量子效率，而且可以有效地抑制掺杂元素的逸出。

为解决本发明提出的技术问题所采用的技术方案是：

一种可见光响应型Cu_xO-TiO₂光催化剂的制备方法，包括：

制备溶胶-凝胶：将一定体积比的钛前驱体、乙醇和丙三醇与一定量的铜盐混合，再将混合物进行培养，即可得到溶胶-凝胶；

过滤所述的溶胶-凝胶，并用纯乙醇洗涤，干燥后高温煅烧，得到二价铜掺杂二氧化钛[Cu(Ⅱ)/TiO₂]；

将得到的二价铜掺杂二氧化钛分散于去离子水中，加热，然后加入一定量的NaOH和葡萄糖，反应后过滤，再用去离子水洗涤，烘干，即可得到Cu_xO-TiO₂光催化剂。

作为本发明的改进，所述钛前驱体与乙醇的体积份比为1:(10-22)。

作为本发明的改进，所述钛前驱体与丙三醇的体积份比为1:(8-20)。

作为本发明的改进，所述铜盐与钛前驱体的摩尔比在0.05~2%范围内。

作为本发明的改进，所述铜盐与钛前驱体的摩尔比优选为0.1-1%，特别优选为0.3%。

作为本发明的改进，所述NaOH与铜的摩尔比为1~10。

作为本发明的改进，所述NaOH与铜的摩尔比优选为4-10，特别优选为8。

作为本发明的改进，所述葡萄糖与铜的摩尔比为2~5。

作为本发明的改进，所述葡萄糖与铜的摩尔比优选为2-4，特别优选为4。

作为本发明的改进，所述钛前驱体为四氯化钛（TiCl₄）、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯和/或硫酸氧钛。

作为本发明的改进，所述铜盐可以为硝酸铜、氯化铜和/或硫酸铜。

本发明还公开了一种可见光响应型Cu_xO-TiO₂光催化剂，其采用上述的制备方法制备。

本发明的技术效果体现在：

（1）本发明成功地制备出可见光响应型Cu_xO-TiO₂光催化剂，与N掺杂TiO₂相比，该Cu_xO-TiO₂光催化剂表现出更高的可见光催化活性，表明该Cu_xO-TiO₂光催化剂的强氧化性和高的量子效率；