[发明专利]一种负载光催化剂的SiO2复合气凝胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载光催化剂的SiO₂复合气凝胶材料及其制备方法，属于吸附/光催化材料技术领域。

背景技术

SiO₂气凝胶具有纳米介孔的网络结构，具有低密度、高比表面积和高孔隙率特点，因此SiO₂气凝胶在保温隔热、气体吸附和催化剂载体等方面具有广阔的应用前景。TiO₂具有良好的光催化活性，将TiO₂与SiO₂气凝胶复合制备SiO₂-TiO₂复合气凝胶，能够同时发挥气凝胶结构的高效吸附作用和TiO₂良好的光催化性能。然而，由于TiO₂较高的禁带宽度使其只有在紫外光下才具有高的光催化效率，此外TiO₂光生电子-空穴对的高复合率也在一定程度上影响了TiO₂的光催化活性。因此，对于能够同时发挥吸附作用和光催化作用的SiO₂-TiO₂复合气凝胶来说，进一步提高其在太阳光下的吸附/光催化协同作用效果是非常必要的。

研究表明，将TiO₂与WO₃等半导体复合，能够有效拓宽TiO₂的光谱响应范围和提高复合体系光生载流子的分离效率，从而能够进一步提高TiO₂的光催化活性及其在可见光下的光催化效果。Valeria Puddu等以TiOSO₄和(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·nH₂O为原料，利用水热法制备了钨钛复合纳米粉体(Chemical Communications,2007(45):4749-4751)；刘阳等以P25粉为前驱体，利用水热-煅烧法制备了具有大比表面积和高紫外催化性能的WO₃-TiO₂复合光催化剂(催化学报)，2010，31(4):485-489)。苗慧等以TiO₂粉和钨酸铵为原料水热合成了WO₃掺杂的TiO₂纳米管，大大提高了其光催化性能(光谱实验室，2013，30(2):599-603)。以上制备的WO₃-TiO₂复合光催化剂虽然具有一定的可见光光催化效果，且光催化性能得到了提高，但是由于没有孔的存在，对污染物几乎没有吸附性能。同时，在催化过程中，催化剂失效较快，对于浓度很高的污染物不能有效的降解。黄燕等以P123为模板剂以蒸发诱导自组装的方法制备了二维六方p6mm有序介孔WO₃/TiO₂复合材料(催化学报，2012，33(2):309-316)，所制备的介孔WO₃/TiO₂复合材料虽然具有一定的吸附性能，但其吸附性能仍然有待于进一步提高。

此外，文献表明，Bi₂O₃-TiO₂、Fe³⁺-TiO₂、V-TiO₂、Co-TiO₂以及M-TiO₂(M为La、Ce等稀土金属)均具有较高的光催化性能(中国发明专利CN 102125831A，材料导报：研究篇，2010,24(12)：56-58；人工晶体学报，2010,39(5)：1243-1248；物理 化学学报，2011,27(10)：2406-2410；无机材料学报，2011,26(7)：739-746。)