[发明专利]一种可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明为光催化制备技术领域，涉及一种非水溶胶凝胶法制备铜、锶共掺杂二氧化钛可见光催化剂的制备方法。

背景领域

自从Fujishima and Honda在1972年发现二氧化钛作为电极可以降解分解水，半导体材料二氧化钛已经引起了大家的关注。二氧化钛正因为无毒无害，很高的化学稳定性，价格便宜等优点，二氧化钛广泛应用于降解有毒、难降解的染料和室内的甲醛、苯等气体。然而因为二氧化钛禁带宽度大（Eg=3.2eV），只能在紫外光下（在太阳光能仅占有5%以下）催化降解，这使得二氧化钛的利用效率很低，同时光生电子和空穴容易发生复合降低光催化的效率。因此，通过掺杂改性是提高TiO₂光催化效率的关键技术之一。

目前，为提高二氧化钛的可见光催化效率，制备金属或非金属掺杂的二氧化钛已经引起大家的广泛关注。M.Jaroniec等人通过N和S两种元素共掺杂暴露（001）来改性二氧化钛，从而提高二氧化钛光催化效率[Q. Xiang., M.Jaroniec., Nitrogen and sulfur co-doped TiO₂ nanosheets with exposed {001} facets: synthesis, characterization and visible-light photocatalytic activity Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 4853-4861]。Zhang等人通过Bi来改性N掺杂的二氧化钛来研究Bi对光催化效率的影响[S.Bagwasi., J.Zhang., The study of visible light active bismuth modified nitrogen doped titanium dioxide photocatlysts: role of bismuth Appl.Surf.Sci. 2013, 264, 139-147]。

虽然金属和非金属改性二氧化钛的研究很多，但双掺杂金属元素在文献中提到较少。最近几年研究发现，选取一些金属进行双掺杂，得到的光催化性能要比单一的光催化性能要好，具有良好的协同效应。金属离子双掺杂二氧化钛在可见光区域有更好的吸收，对于光催化降解有机物废水、甲醛具有非常实用价值。

金属或非金属离子掺杂二氧化钛传统的制备方法是采用溶胶凝胶法，而使用非水溶胶凝胶法来改性却很少提到。本发明采用非水溶胶凝胶法制备铜、锶共掺杂二氧化钛可见光催化剂。比较单一金属离子掺杂的二氧化钛和商业化产品P25，制备的二氧化钛光催化具有更高的光催化活性，能够很快的在可见光下降解有机污染物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜、锶共掺杂纳米二氧化可见光催化剂，该方法制备的纳米二氧化钛光催化剂，具有更高的光催化活性，能够在可见光下快速降解染料等污水。

铜、锶共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将一定量的铜盐和锶盐加入到醇类溶剂中，溶解得到A溶液；

步骤2：把钛盐缓慢地加入到A溶液中，将得到的溶胶进行溶剂热反应，处理温度为80-220℃，时间为2h-48h；其中以铜、锶元素占钛元素摩尔百分比计，铜的掺杂量为0.1%-20%，锶的掺杂量为0.01%-10%, 钛盐和醇类溶剂的摩尔比为2%-50%。

步骤3：将步骤2得到的反应产物进行离心，并用无水乙醇清洗多次，在100℃干燥12h，得到铜、锶共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂。

步骤1中醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、戊醇、丙三醇、辛醇、苯甲醇或正十八醇。

步骤1中铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜或氧化铜，锶盐为硝酸锶、碳酸锶、氧化锶、氯化锶或钛酸锶。

步骤1中，以铜、锶元素占钛元素摩尔百分比计，铜元素为0.1%-20%，锶元素为0.01%-10%。

步骤2中钛盐为钛酸四丁酯、异丙醇钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛或三氯化钛。

步骤2中钛盐和醇类溶剂的摩尔比为2%-50%。

铜、锶共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂在光催化降解有机污染物起着十分重要的作用。

附图说明

图1为纳米TiO₂的XRD图，表明所制备的TiO₂为锐钛矿相（A-未掺杂纳米TiO₂；B-铜、锶共掺杂纳米TiO₂）。