[发明专利]一种钼掺杂的纳米二氧化钛催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及半导体纳米材料技术领域，特别涉及一种钼掺杂的纳米二氧化钛催化剂的制备方法，包括：采用含钛化合物为前驱体溶于无水低级醇中，在该溶液中掺入金属钼粉，再快速加入氨水，使得含钛化合物经水解、缩聚反应得到钛/钼凝胶，烘干，冷却，研磨成粉后煅烧，即得钼掺杂的纳米二氧化钛催化剂。本发明方法无需调节pH值，快速、简便地制备了具有良好吸附和催化活性的二氧化钛光催化剂。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料技术领域，特别涉及一种钼掺杂的纳米二氧化钛催化剂的制备方法。

背景技术

光催化剂是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称，光催化技术以其可直接利用太阳能作为光源来驱动反应的独特性，而成为一种理想的环境污染治理技术和清洁能源生产技术。其中半导体光催化材料二氧化钛(TiO₂)由于其活性高、稳定性好、价格低廉、无毒而引起人们的极大关注。但是，二氧化钛光催化活性受到光生电荷-空穴复合率的影响。一般而言，粒径尺寸越小，比表面积就越大，吸附性能就越好，使得二氧化钛电子和空穴更易转移到表面与表面附着的降解物进行光催化反应，光生电荷-空穴复合率越低，因而光催化活性越高。由于二氧化钛半导体禁带宽度为3.2eV(锐钛矿晶型)，只有在波长小于387nm紫外光激发下，才能产生光催化降解有机物的光生电子与空穴，对可见光的利用效率很低，且光生电子-空穴对复合率高，光量子效率较低，实际光催化活性不高。目前在催化剂改性方面，比较有效的方法主要有复合半导体、贵金属沉积、金属离子掺杂等。其中，采用过渡金属掺杂尤其是钼掺杂，是当前研究的一个热点。可利用物理、化学的方法在二氧化钛晶格结构内部引入过渡金属离子，进而形成缺陷或者改变二氧化钛原来的晶格类型，调节光生电子空穴对的运动、分布状态或者改变二氧化钛的能带结构，最终提高二氧化钛的光催化活性。

P25是德国德固赛(Degussa)利用气相氢氧焰水解合成的商品化的纳米TiO₂产品，基本颗粒的平均粒径大约为20nm，比表面积50m²/g，具有优异的紫外线吸收、光催化杀菌、分解有机污染物等性能，通常作为二氧化钛光催化实验的参照样品。其生产过程是将精制的氢气、空气和四氯化钛蒸气以一定的配比进入水解炉高温水解(温度控制在1800℃以上)，氢氧燃烧生成的水与TiCl₄在高温下反应生成一次颗粒，这些颗粒再次相碰撞，经凝结或烧结后变成TiO₂纳米粒子。然而，该生产工艺复杂、对生产设备要求高等因素造成其价格昂贵，不利于大规模应用。

公开号为CN1350884的专利文献公开了一种二氧化钛与二氧化硅和氧化钼的三元复合光催化剂及其制备方法，其中包括：通过控制硅酸酯在有机溶液中水解，制得硅溶胶；利用钛酸丁酯在乙醇溶液中水解，以钼酸盐为钼源制得含钼钛溶胶；将硅溶胶加入到含钼钛溶胶中，搅拌，再经陈化、干燥、灼烧，即可制得Ti/Si/Mo三元复合催化剂。

该光催化剂在高温煅烧条件下仍能保持锐钛矿晶型结构，然而需制备硅溶胶和含钼钛溶胶，并在制备这两种溶胶的过程中，需保持的pH值是1～5，pH值过高，体系就会产生二氧化钛沉淀，该沉淀是一种含有水的黏性沉淀，极难处理；pH值过低，则不能产生凝胶。干燥前需要陈化1～3天，这使得制备步骤繁琐、耗时。

又如公开号为CN102258996A的专利文献公开了一种钼掺杂纳米二氧化钛的制备方法，其中包括：制备钛酸四丁酯溶液；在酸性条件下，以钼酸盐为钼源，钛酸四丁酯溶液经水解、缩聚形成黄色凝胶状体系；凝胶经陈化、干燥、煅烧后，冷却研磨得到钼掺杂二氧化钛纳米粉体。

该发明省略了制备硅溶胶的步骤，仅通过掺杂钼酸盐的方法制备得到具有良好催化活性的钼掺杂二氧化钛光催化剂。然而该方法依然需要调节pH值，并且干燥前需要陈化1～3天，制备周期较长。

因此，如何做到无需调节pH是需要解决的问题。同时，希望简化制备步骤，缩短制备周期。

发明内容