[发明专利]一种以离子液体为磷源合成磷掺杂氧化钛光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属光催化剂制备领域，尤其涉及一种以离子液体为磷源合成磷掺杂氧化钛光催化剂的方法。

背景技术

当今社会，能源危机和环境污染成为阻碍人类进步的关键问题【邱明艳 , 张天永，李彬等.材料导报A: 综述篇,2012,26(3):48-52.】，光催化技术在环境净化和能源转化方面具有广泛的应用前景。作为经典的光催化剂，氧化钛因其无毒、稳定性好、催化活性高等优点广泛应用于光催化降解有机物和光催化制氢领域。但是，氧化钛带隙较大（3.2eV）,只能吸收波长小于380nm的紫外光，对于占太阳光谱43%的可见光未充分利用，通过掺杂非金属来改善氧化钛的光催化性能称为学者研究的热点。研究表明，将P掺杂到氧化钛中可以提高催化剂的表面积，减小晶粒的尺寸，有效提高光催化剂的活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单，成本低，利于控制材料形貌，成核率高，目的产物光催化效果明显的以离子液体为磷源合成磷掺杂氧化钛光催化剂的方法。为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

 一种以离子液体为磷源合成磷掺杂氧化钛光催化剂的方法，可按如下步骤实施。

（1）咪唑磷酸二氢盐型离子液体制备。

将N-甲基咪唑溶于去离子水中，滴加磷酸，搅拌；将混合液中的水和未反应的原料脱除，得到的浅黄色粘稠液体，即为咪唑磷酸二氢盐型离子液体。

（2）目的产物制备。

取钛酸正丁酯溶于乙醇溶液中，记为溶液A；另取咪唑磷酸二氢盐、乙醇、乙酸和水混合均匀，记为溶液B；将溶液B滴加到溶液A中，形成透明的凝胶；将所述凝胶恒温干燥，得到干凝胶颗粒，研磨成粉末后焙烧，即可得目的产物磷掺杂氧化钛光催化剂。

作为一种优选方案，本发明所述步骤（1）中，N-甲基咪唑的加入量为0.5～1 mol。

进一步地，本发明所述步骤（1）中，N-甲基咪唑与磷酸的摩尔比为1:1。

进一步地，本发明所述步骤（2）中，取20 mL的钛酸正丁酯溶于80 mL的乙醇溶液中，记为溶液A；另取0.20～0.28g的咪唑磷酸二氢盐、20 mL的乙醇、15mL的乙酸和７mL的水混合均匀，记为溶液B。

进一步地，本发明所述步骤（2）中，搅拌状态下将溶液Ｂ滴加入溶液Ａ中。

 进一步地，本发明所述步骤（2）中，将所述凝胶在110～130℃下恒温干燥12h，得到干凝胶颗粒。

 进一步地，本发明所述步骤（2）中，将干凝胶颗粒在研钵中研磨成粉末后于500℃下焙烧３～５h，即可得目的产物磷掺杂氧化钛光催化剂。

与现有技术相比，本发明工艺简单，成本低，利于控制材料形貌，成核率高，目的产物光催化效果明显，在紫外光的照射下，120 min可使99%的罗丹明B降解。制得的产品纯度高达99.8%，有望大批量生产。

离子液体作为一种新型的反应介质，具有传统的溶剂不具备的较低的挥发性，较好的热稳定性和化学稳定性等优点，其在无机材料合成与晶体生长等方面具有良好的应用前景。在材料的合成中离子液的优势主要体现在如下几个方面：（1）较小的蒸汽压可以更好的维持反应液的浓度；（2）离子液体具有较小的界面张力，有较高的成核率；（3）界面能低，在液态时具有较强的形成氢键的能力，可形成高度有序的结构，有利于控制材料的形貌。在应用离子液体合成材料的过程中，离子液体往往仅起到溶剂的作用，较少直接作为反应物参与材料的合成。在本发明中，合成了咪唑磷酸二氢盐型离子液体，将其作为P源制备磷掺杂的氧化钛，在催化剂的制备过程中离子液体既是反应物又可对催化剂的形貌等进行调控。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1是本发明所制样品的X射线衍射（XRD）谱图。

图2a是TiO₂样品的形貌照片。

图２b是TiO₂/P样品的形貌照片。

图2c是TiO₂/P(IL)样品的形貌照片。

图３是样品的紫外-可见吸收光谱。

图4 是在紫外光的照射下，以罗丹明B的水溶液为目标降解物各样品的光催化性能比较图。

具体实施方式