[发明专利]一种改进的P掺杂TiO2光催化剂制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进的P掺杂TiO₂光催化剂制备方法。

背景技术

TiO₂因其具有光催化效率高、价格便宜、化学稳定性好、无生物毒性等优点，近年来被广泛应用于环境污染治理和可再生能源领域。研究发现，P掺杂不仅能抑制锐钛矿型TiO₂向金红石相转化，更可拓宽其光响应范围至可见光区，提高对太阳能的利用率。P掺杂提高TiO₂在可见光下光催化活性的原因是，P以间隙式原子存在，即以P³⁺存在，形成一条掺杂能级位于TiO₂禁带之内，成为光生电子-空穴对的分离中心，延长光生载流子的寿命，在可见光区具有更强的吸收能力。目前报道多以磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸等无机磷盐为P源，通过水热技术进行P的掺杂，所得到的P掺杂形式多为P替代Ti(即P⁵⁺)，对可见光下光催化活性提高不明显。为更有效利用太阳能，通过改进的P掺杂方法，制备间隙P含量更多的P掺杂 TiO₂具有巨大的实际研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的P掺杂TiO₂光催化剂制备方法，该方法操作方便，工艺简单，所得催化剂中P多以间隙P形式存在，有利于提高光生电子-空穴的分离和在可见光区的催化活性。

本发明的技术方案：

一种改进的P掺杂TiO₂光催化剂制备方法，以钛酸丁酯为前驱物，以气态磷化氢为P源，通过水热法、过滤、洗涤、干燥程序制备P掺杂TiO₂光催化剂，具体包括如下步骤：

1)将5-30ml钛酸丁酯溶于80ml无水乙醇中，剧烈搅拌，再缓慢滴加20ml去离子水，搅拌6h，然后放入带有聚四氟乙烯内衬和压力表的不锈钢高压水热反应釜中。

2)将一定体积比的磷化氢/氮气混合气体通入反应釜内的混合溶液中，保持一定压力并在180℃下保温12h。

3)将反应釜水冷至室温，产物经过滤、乙醇和去离子水洗涤，在室温下干燥24h，然后 80℃真空干燥12h，制得P掺杂TiO₂光催化剂，通过X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示，P元素中P³⁺含量为20-70％。

所述磷化氢与氮气的体积比为0.001-0.01∶1。

所述反应釜压力为0.1-0.5MPa。

本发明的优点是：工艺简单，耗能低，所得P掺杂TiO₂光催化剂中P多以间隙P存在，有效提高其光生电子-空穴的分离和在可见光区的催化活性，有利于提高对太阳能的利用率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，但是它们并不是对本发明作任何限制。这里仅指出，本发明中使用的试剂和测试设备除特别标明出处之外，均为市售的通用产品。

实施例1：

一种改进的P掺杂TiO₂光催化剂制备方法，包括如下步骤：

1)将10ml钛酸丁酯溶于80ml无水乙醇中，剧烈搅拌，再缓慢滴加20ml去离子水，搅拌6h，然后放入带有聚四氟乙烯内衬和压力表的不锈钢高压水热反应釜中。

2)将体积比为0.005∶1的磷化氢/氮气混合气体通入反应釜内的混合溶液中，在0.2MPa 压力和180℃下保温12h。

3)将反应釜水冷至室温，产物经过滤、乙醇和去离子水洗涤，在室温下干燥24h，然后 80℃真空干燥12h，制得P掺杂TiO₂光催化剂，通过X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示，P元素中P³⁺含量为45.5％。

实施例2：

一种改进的P掺杂TiO₂光催化剂制备方法，包括如下步骤：

1)将23ml钛酸丁酯溶于80ml无水乙醇中，剧烈搅拌，再缓慢滴加20ml去离子水，搅拌6h，然后放入带有聚四氟乙烯内衬和压力表的不锈钢高压水热反应釜中。

2)将体积比为0.005∶1的磷化氢/氮气混合气体通入反应釜内的混合溶液中，在0.3MPa 压力和180℃下保温12h。

3)将反应釜水冷至室温，产物经过滤、乙醇和去离子水洗涤，在室温下干燥24h，然后 80℃真空干燥12h，制得P掺杂TiO₂光催化剂，通过X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示，P元素中P³⁺含量为58.7％。

实施例3：