[发明专利]一种稀土复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂材料的制备方法，属于二氧化钛光催化剂技术领域。

背景技术

随着工业进程的加快，大量的废水、废气被排放到江河和大气中，其中含有的有毒有机化合物会在人体内富集，给人类健康带来巨大的威胁。太阳能光催化处理有机污染物技术因其高效、价廉、无毒、节能的优势逐渐成为研究的热点，相应光催化剂的研发也成为当前国际热门研究领域之一。

经过40多年不同领域科研工作者的努力，光催化领域已得到了深入、广泛的研究和发展。TiO₂以其优越的光催化性能和耐化学、光化学腐蚀、无毒、成本低等特点成为光催化领域中关注的焦点。然而TiO₂禁带宽度大于3.0eV，仅能吸收占整个太阳光谱不到5％的紫外光，量子产率低，严重限制了其在实际中的应用。因此制备窄带隙的TiO₂成为从根本上提高太阳能利用率的有效手段。

发明内容

本发明要解决现有方法制备光催化剂存在成本高，耗能大，污染重的技术问题，而提供一种稀土复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂的制备方法。

一种稀土复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将稀土氧化物溶解在稀的酸溶液中，加入蒸馏水配制浓度为0.003～0.009mol/L的稀土元素盐溶液；

二、称取0.05～0.1g含硼TiO₂前驱体，然后加入步骤一得到的稀土元素盐溶液，控制稀土元素的复合量按摩尔分数计为1％～5％，得到TiO₂悬浊液；

三、将步骤二得到的TiO₂悬浊液超声分散20～40min，然后在温度为60～80℃烘箱中烘干，得到粉末状中产物；

四、将步骤三得到的粉末状中产物研磨，然后放入瓷舟中，在管式炉内，NH₃气氛条件下进行灼烧，得到一种稀土复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂。

稀土元素具有丰富的能级，特殊的4f电子跃迁特性和光学性质，能够以半导体复合的形式有效提升光催化剂的性能。半导体复合是一种提高电荷分离效率、稳定光催化剂且扩展可见光谱响应范围的有效手段。稀土元素在半导体表面复合时，会形成“结”，在结的两侧由于其能带等性质的不同会形成空间电势差。这种空间电势差的存在有利于电子-空穴的分离，可提高光催化的效率。同时，由于掺入了硼和氮，使得二氧化钛的禁带宽度大大减小，提高了光催化的效率。

本发明的有益效果是：本发明方法与其他方法相比，采用固相烧结的方法制备稀土复合硼氮共掺二氧化钛，制备工艺简单，操作便捷，成本低，耗能小，无污染，并且制备的稀土复合硼氮共掺二氧化钛在可见光光催化反应中具有良好的吸附性能以及光催化活性。

本发明用于制备一种稀土复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂。

附图说明

图1实施例一制备的Er复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂的SEM照片；图2为XRD谱图；图3为EDS谱图；

图4实施例一制备的Er复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂与P25的UV-vis吸收谱对比图，其中曲线1代表本实施例制备的光催化剂，曲线2代表P25；

图5为实施例二制备的Er复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂的SEM照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种稀土复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将稀土氧化物溶解在稀的酸溶液中，加入蒸馏水配制浓度为0.003～0.009mol/L的稀土元素盐溶液；

二、称取0.05～0.1g含硼TiO₂前驱体，然后加入步骤一得到的稀土元素盐溶液，控制稀土元素的复合量按摩尔分数计为1％～5％，得到TiO₂悬浊液；

三、将步骤二得到的TiO₂悬浊液超声分散20～40min，然后在温度为60～80℃烘箱中烘干，得到粉末状中产物；

四、将步骤三得到的粉末状中产物研磨，然后放入瓷舟中，在管式炉内，NH₃气氛条件下进行灼烧，得到一种稀土复合硼氮共掺二氧化钛光催化剂。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中稀土氧化物为镝氧化物、铒氧化物或铥氧化物。其它与具体实施方式一相同。