[发明专利]空腔核壳结构TiO2/WO3复合光催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于TiO₂/WO₃复合光催化材料技术领域，特别涉及一种采用一锅法制备空腔核壳结构TiO₂/WO₃复合光催化剂的方法。

背景技术

近年来，世界范围内环境污染问题尤为突出，在室外，以日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物为主要来源的PM 2.5愈发严重。在室内，由于不断的购房装修问题带来的污染也很剧烈，装修材料不外乎采用人造板材、夹心板、胶、漆、涂料、粘合剂、花岗岩、大理石、瓷砖及石膏等，这些材料多多少少均含有不等的甲醛、苯、氨、氡等四种污染物，零污染的装修材料是不存在的。所谓的国家环保材料，只是上述污染物在国家允许范围之内。据有关统计，新装修的房屋空气检测合格率非常低。利用光催化技术净化能够有效地将有机污染物分解转化为无害的二氧化碳和水，降低室内空气污染，方便快捷，从而在近年来受到广泛关注。

半导体光催化剂二氧化钛来源丰富，无毒，但只有紫外光催化活性，三氧化钨带隙能为2.5-2.8eV,能够捕获约百分之十二的太阳光谱，包括近500nm的可见光。TiO₂/WO₃复合材料可有效的提高电子-空穴对的分离效率，扩大对太阳光的吸收范围。同时，空腔核壳结构具有对光的多次反射效应，可有效提高对光能的利用率。合成具有空腔核壳结构TiO₂/WO₃复合材料具有潜在的光催化应用前景。

目前，核壳结构在纳米催化中应用较广，核壳结构催化剂具有比表面积大，能够提高光催化技术中光的利用率的优点。但是制备核壳结构复合型光催化剂一般采用的方法较为复杂，多为两步法制备，首先制备好一种催化剂然后通过浸渍，光电沉积等方法再附着第二种催化剂，空腔结构一般通过模板法结合刻蚀技术获得，程序较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空腔核壳结构TiO₂/WO₃复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将TiCl₄溶解于混合醇溶液中得到溶液A；将WCl₆溶解于乙醇中得到溶液B；然后 将溶液A和溶液B混合搅拌0.5-1.0小时，制得原料液；

(2)将原料液转移到以聚四氟乙烯为内衬的水热釜中，控制反应温度在120-200℃反应时间12-72h，冷却至室温，经离心洗涤后制得空腔核壳结构TiO₂/WO₃复合光催化剂。

所述步骤(1)中的混合醇溶液由叔丁醇、乙二醇按体积比为1-9:1混合；优选的，叔丁醇、乙二醇按体积比为1-3:1混合。

所述步骤(1)中的TiCl₄在混合醇溶液中的摩尔浓度为0.01-0.15mol/L；优选的，所述TiCl₄在混合醇溶液中的摩尔浓度为0.03-0.13mol/L。

所述步骤(1)中的WCl₆和TiCl₄的摩尔比为1-10:1。

所述步骤(1)中的WCl₆在乙醇中的摩尔浓度为0.025-0.15mol/L；优选的，所述WCl₆在乙醇中的摩尔浓度为0.05-0.12mol/L。

所述步骤(2)中的原料液占水热釜体积的80％以上。

所述步骤(2)中的反应温度为160℃、反应时间48h。

本发明的另一目的在于提供一种空腔核壳结构TiO₂/WO₃复合光催化剂，通过上述方法制得的催化剂的粒径为1-2um,空腔直径为150-200nm,核壳形貌外表面均匀生长着小颗粒附着(小颗粒为Ti、W)的纳米针状结构，Ti、W元素均匀分布在催化剂结构中，催化剂的比表面积达到138-203m²/g。

本发明的再一目的在于提供所述空腔核壳结构TiO₂/WO₃复合光催化剂在室内污染物乙醛的光催化降解中的应用。

与现有技术相比，本发明的积极效果如下：