[发明专利]富勒烯羧酸衍生物/光敏剂/二氧化钛及制备方法和应用

说明书

本发明实施例涉及一种富勒烯羧酸衍生物/光敏剂/二氧化钛及制备方法和应用。该复合材料通过包括表面带有‑OH的二氧化钛、富勒烯羧酸衍生物和光敏剂的原料制备而成；其中：富勒烯羧酸衍生物和表面带有‑OH的二氧化钛通过酯键相连，光敏剂再物理吸附于二者表面，所述酯键是富勒烯羧酸衍生物中的‑COOH和二氧化钛表面‑OH形成的。该复合材料可用作光催化剂，作为光催化剂时，该光催化剂结构新颖，不仅有效的拓宽了光谱的吸收范围，增加了光的利用效率，而且富勒烯增加了电子和空穴的分离效率，有助于光催化性能的大幅度提升。

技术领域

本发明涉及富勒烯材料在光催化领域的应用，尤其涉及富勒烯羧酸衍生物/光敏剂/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

光催化不但在常温常压下可实现许多通常实验难以或根本不能进行的反应，而且其在将有机污染物完全矿化的过程中不产生二次污染并且使用寿命长，这些优点使光催化显示出优越性。以二氧化钛为光催化剂，利用光催化的方法氧化降解环境有机物是近年来日益受到重视的一项治理技术。这个过程不需要其他的助催化剂，可以直接利用空气中的氧，并且使用能量较低的光源使得光利用率高，该过程还不受溶剂的影响、反应效率高、反应条件温和、最终产物简单、不会引起二次污染，因此是具有发展潜力的研究领域。大量的研究表明，二氧化钛作为催化剂，关键在于其能带带隙的存在而使其具有特殊的光电磁性质。当它受到能量大于带隙能量的光照射时，处于价带上的电子就能被激发到导带上，从而使导带上生成高活性电子，价带上生成带正电荷的空穴，形成氧化-还原体系。高活性电子具有还原性，空穴具有氧化性，几乎能降解所有的有机污染物。

虽然二氧化钛具有性能稳定、能降解大多数有机污染物、无毒等优点，但二氧化钛存在两个关键的技术难题，这些技术难题制约着光催化降解这一技术的大规模实际应用。首先是对太阳能的利用率较低，常用的二氧化钛禁带宽度为3.2eV，光谱相应范围较窄，光吸收波长主要集中在紫外区(λ<387nm)，而辐射到地面的紫外光部分仅占太阳光的3％左右，二氧化钛无法利用太阳能的可见光部分，所以对太阳光的有效利用率很低；其次是由于光生载流子的复合率很高，导致量子效率较低，常用的二氧化钛催化剂的量子效率只有4％左右，难以处理数量大、浓度高的工业废水和废气。因此如何解决这些关键问题决定了二氧化钛光催化技术未来的实际应用，所以拓展二氧化钛吸收光谱、提高二氧化钛光催化效率已成为全球研究的重点。除去传统的掺杂、添加共吸附剂等方法外，碳/二氧化钛复合材料作为一种新型的光催化剂受到广泛的关注。这是因为碳族材料和二氧化钛的复合为促进光生电子–空穴对的分离提供了潜在的可能性。而富勒烯由于其独特的物理和化学性质，使其在碳材料中尤其受关注。

自发现以来，富勒烯作为碳的第三种同素异形体由于其自身的物理和化学性质与金刚石和石墨不同，受到科学家广泛的关注。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种新型复合材料富勒烯羧酸衍生物/光敏剂/二氧化钛及其制备方法和应用，该复合材料可用作光催化剂，作为光催化剂时，其结构新颖并能解决现有光催化技术中高活性电子和空穴的分离效率低、吸收光的光谱范围窄、光利用率低等技术问题，不仅有效的拓宽了光谱的吸收范围，增加了光的利用效率，而且能增加电子和空穴的分离效率，有助于光催化性能的大幅度提升。

解决方案