[发明专利]一种含有束缚单电子氧空位的金属离子嫁接的TiO2高效光催化剂及其制备、应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种含有束缚单电子氧空位的金属离子嫁接的TiO₂高效光催化剂及其制备、应用。

背景技术

宽带隙半导体材料二氧化钛，因其化学性质稳定、无毒及能有效去除大气和水中的污染物，一直以来都受到人们的关注。然而由于其只能被紫外光激发，限制了其实际应用。为了拓展二氧化钛在可见光区的响应，各种各样的过渡金属阳离子或者阴离子掺杂型的二氧化钛光催化材料应运而生，但是金属离子掺杂剂易在二氧化钛的禁带中引入深杂质能级，成为电子和空穴的复合中心，并存在热不稳定性的缺点；而阴离子掺杂剂，如N、S等则削弱了空穴的氧化能力。最近，金属离子（如Cu(II)、Fe(III)等）嫁接的新型二氧化钛光催化材料在可见光下表现出了优越的光催化性能（Hiroshi Irie，Shuhei Miura，Kazuhide Kamiya，Kazuhito Hashimoto，Chemical Physics Letters，2008，457，202；Hiroshi Irie，Kazuhide Kamiya，Toshihiko Shibanuma，Shuhei Miura，Donald A. Tryk，Toshihiko Yokoyama，Kazuhito Hashimoto，J. Phys. Chem. C，2009，113，10761； Huogen Yu，Hiroshi Irie，Yoshiki Shimodaira，Yasuhiro Hosogi，Yasushi Kuroda，Masahiro Miyauchi，Kazuhito Hashimoto，J. Phys. Chem. C，2010，114，16481；Yoshio Nosaka，Shinichiro Takahashi，Hodaka Sakamoto，Atsuko Y. Nosaka，J. Phys. Chem. C， 2011，115，21283）。在这类光催化剂中，二氧化钛价带中的电子可以直接受可见光激发转移给表面嫁接的金属离子，从而诱发多电子的还原反应。近期有人报道，将Ru离子掺入二氧化钛晶格，然后再嫁接Fe离子，大大提高了催化剂的光催化活性（Masami Nishikawa， Yasufumi Mitani，Yoshio Nosaka，J. Phys. Chem. C，2012，116，14900）。掺入的Ru离子使二氧化钛中产生了氧空位，而氧空位可以作为一种缺陷能级使二氧化钛价带中的电子分成两步跃迁到导带中，进而转移给表面嫁接的铁离子，同时位于受体能级Ru离子上的电子也可以跃迁至嫁接的Fe离子，然而该方法需要首先将钌离子引入二氧化钛晶格，制备过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有束缚单电子氧空位的金属离子嫁接的TiO₂高效光催化剂及其制备、应用。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种含有束缚单电子氧空位的金属离子嫁接的TiO₂高效光催化剂的制备方法，以纳米管钛酸400—600℃煅烧2—4h所得锐钛矿二氧化钛为前驱物，将锐钛矿二氧化钛分散于去离子水中，加入金属盐或该金属盐的水溶液，使二氧化钛和金属元素的质量比为100:（0.025—0.3），用酸调节pH为1—2，于85—95℃热处理1—1.5h，经后处理即得目标产物。

所述后处理为：将85—95℃热处理后的物质用去离子水洗涤，再用有机滤膜抽滤，最后在105—115℃干燥至少24h。

所述金属盐为铁盐、铜盐、钴盐或镍盐。

所述铁盐为氯化铁、硝酸铁和乙酸铁中的至少一种。

所述铜盐为硫酸铜和/或氯化铜。

所述钴盐为氯化钴和/或硝酸钴；所述镍盐为氯化镍和/或硝酸镍。

利用上述制备方法制得的含有束缚单电子氧空位的金属离子嫁接的TiO₂高效光催化剂。

所述含有束缚单电子氧空位的金属离子嫁接的TiO₂高效光催化剂在气相降解和亚甲基蓝降解中的应用。

本发明中所述二氧化钛的晶相没有特殊要求，优选德国制造的P25二氧化钛。