[发明专利]一种高可见光活性的二氧化钛空心微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高可见光活性高氧空位(Vo)二氧化钛空心微球(TiO₂‑HMSs)的制备方法，包括以下步骤：(1)合成二氧化钛空心微球前驱体；(2)取一定量步骤(1)所制备的二氧化钛空心微球前驱体，并加入一定量的尿素进行混合均匀，然后将所得混合物置于马弗炉中升温至550℃煅烧4小时，煅烧结束后冷却至室温即得所述高可见光活性高氧空位二氧化钛空心微球。由本发明方法制备的Vo/TiO₂‑HMSs，不仅具有高的光生电子空穴分离效率，强的可见光光吸收性能，表现出优良的可见光光催化氧化ppb级别的NO活性；并且该方法简单易操作，所用试剂和设备常见易得，价格低廉，制备过程能耗低，本发明将为缓解我国的雾霾问题，提供新的技术支持。

技术领域

本发明涉及新材料的制备技术领域，具体涉及一种高可见光活性的二氧化钛空心微球及其制备方法和应用。

背景技术

一氧化氮(NO)作为大气中形成气溶胶的前驱体之一，通常来源于化石燃料的燃烧(Environ.Sci.Technol.2012,46,1955-1963)。尤其是二次气溶胶形成与我国雾霾事件密切相关(Nature.2014,514,218-222)。近年来，消除环境空气中的氮氧化物，受到科研工作者广泛的关注。

TiO₂作为常见的半导体光催化剂，其在环境污染物治理方面具有良好的运用前景。特别是有空心结构的TiO₂微球，因为其具有良好的通透性和光利用率，并且易于过滤回收，而得到材料科学家的广泛关注(Chin.J.Catal.2017,38,2085-2093)。但是TiO₂空心微球的禁带宽度较大(3.2eV)，仅能被紫外光激发，且其光生载流子容易复合，导致光催化效率不高。为了将TiO₂的光响应范围，从紫外光拓展大到可见光，以充分利用太阳光，材料科学家们运用各种策略，如元素掺杂(J.Mol.Catal.A,2012,356,78-84)和半导体复合(Chem.Commun.2010,46,4809-4811)等。近来，文献报道通过高温氢气还原TiO₂的方式，将氧空位(Vo)引入TiO₂使其产生可见光活性的新方法(Science.2011,331,746-750和J.Phys.Chem.C.2016,120,3853-3862)。但是，该方法对设备要求高，且实验方法存在爆炸的危险性。因此，迫切需要开发氧空位TiO₂光催化材料新方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高可见光活性高氧空位二氧化钛空心微球及其制备方法，由本发明方法所制备的高氧空位二氧化钛空心微球(Vo/TiO₂-HMSs)在可见光下对NO具有十分优异的催化氧化能力，应用前景广阔。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种高可见光活性高氧空位二氧化钛空心微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成普通二氧化钛空心微球前驱体；

(2)取2.0g步骤(1)所制备的二氧化钛空心微球前驱体，并加入一定量的尿素，加水将两者混合均匀后烘干，然后将烘干后的混合物置于马弗炉中升温至550℃煅烧4小时(4小时指从开始升温到煅烧结束)，煅烧结束后冷却至室温即得所述高可见光活性高氧空位二氧化钛空心微球。

优选的，所述步骤(2)中尿素与二氧化钛空心微球前驱体的质量之比为0.5-3.0。

优选的，所述步骤(2)中升温的速率为2.3-10℃/min。

另外，本发明还要求保护由所述方法制备得到的高可见光活性高氧空位二氧化钛空心微球以及该高可见光活性高氧空位二氧化钛空心微球在可见光下催化氧化NO中的应用。

与现有技术相比，本发明的技术效果为：