[发明专利]一类B/POMs/TiO2三元复合光催化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合光催化材料的合成技术领域，具体涉及一类B/POMs/TiO₂三元复合光催化材料及其制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，人类在享受科技发展所带来的舒适与便利的同时，所面临的两大生存危机也日益凸显：煤、石油等化石能源的日益枯竭；生存环境逐渐恶化，水体、大气污染严重。光催化技术不仅可以利用太阳能降解水和大气中的污染物还能分解水得到清洁能源-氢气。因此，世界各国的科学家在探索高效光催化材料方面投入很大精力。TiO₂由于具有高效、廉价、稳定等优点被人们用于太阳能电池、光解水产氢、光催化有机反应、空气净化、降解有机和无机污染物等领域，成为最具潜力的光催化材料之一。然而TiO₂具有较宽的带隙，因此TiO₂只能吸收紫外光，不能有效利用太阳能。此外，在光催化过程中TiO₂具的光生电子和空穴很容易复合，大大降低了其光催化效率。上述两个缺点严重制约了TiO₂的实际应用。

近些年的研究成果表明，利用特定的制备方法对TiO₂进行非金属元素（氮、硫、碳、磷等）的掺杂，可以有效改良其可见光催化活性。硼具有缺电子的特性，其离子半径小、配位灵活。英国的Richard M. Lambert（J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 13790−13791）和波兰的Yijiao Jiang（ACS Catal. 2014, 4, 1451−1457）等研究团队发现硼掺杂TiO₂（B-TiO₂）可以实现可见光催化。随后山东大学戴瑛（J. Phys. Chem. C 2010, 114, 19830–19834）和意大利Gianfranco Pacchioni（J. Phys. Chem. C 2013, 117, 13163−13172）等团队对B-TiO₂的结构和电子结构进行了理论研究。人们发现，硼的掺杂不仅实现了对可见光的利用，而且可以通过影响TiO₂的晶格结构和形貌、影响TiO₂的表面电荷和表面酸度来进一步提高其光催化活性。

多金属氧酸盐（POMs）具有可逆的氧化还原性质，也是一类优秀的光催化材料。但是这类化合物往往在水中和有机溶剂中有很大的溶解度难以回收利用。TiO₂/POMs是一类多孔TiO₂负载多酸的复合材料（J. Mol. Catal. A 2007, 136–148）。这类材料与母体TiO₂和POMs相比具有较低的带隙能级，而且具有较大的比表面和多孔性，是一类非均相光催化剂。这类复合物在光催化过程中，POMs可以有效地存储光生电子、有效抑制TiO₂中电子-空穴的复合，因此催化效率大大提高。

然而，目前对于B/POMs/TiO₂三元复合光催化材料的合成和光催化研究尚未见相关报道。这类材料可能会兼具B-TiO₂和TiO₂/POMs材料的优点，有望成为更优秀的光催化剂。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一类B/POMs/TiO₂三元复合光催化材料及其制备方法，通过选择合适的前驱体，并设计和优化合成路线制得具有较高光催化活性的B/POMs/TiO₂三元复合光催化材料。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：一类B/POMs/TiO₂三元复合光催化材料，其特征在于：该三元复合光催化材料由硼、多酸和二氧化钛组成，其中多酸为多金属氧酸盐，该多金属氧酸盐为饱和Keggin型多酸、饱和Dawson型多酸或单缺位多酸。

进一步优选，所述的饱和Keggin型多酸为H₃PW₁₂O₄₀。

进一步优选，所述的饱和Dawson型多酸为H₆P₂W₁₈O₆₂或K₅Na₄[P₂W₁₅O₅₉(TaO₂)₃] 。