[发明专利]一种太阳光全波段光催化纳米阵列的制备方法

说明书

本发明涉及一种太阳光全波段光催化纳米阵列及其制备方法，该光催化纳米阵列为纳米VS₄填充TiO₂纳米管阵列。本发明方法制得的光催化纳米阵列牢固附着在钛基片上，可方便回收并循环使用，克服了传统的粉体光催化剂回收困难的问题；该光催化纳米阵列是纳米VS₄填充TiO₂纳米管阵列结构，可以抑制光生电子‑空穴的快速复合，提高光催化效率；同时综合TiO₂具有优异的紫外光催化效果和VS₄具有优异的可见与近红外光催化效果，使纳米阵列最大限度的利用从紫外光到近红外光的太阳光全波段进行光催化，对于促进自然太阳光光催化技术应用，缓解能源危机以及加强环境治理具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及光催化领域，具体涉及一种太阳光全波段光催化纳米阵列的制备方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是当前人类面临的重大挑战，利用太阳光催化分解水制氢制氧、还原二氧化碳和降解有机污染物是光催化领域重要的研究热点。在实现太阳光催化的过程中，构建高效的光催化剂体系起到了决定性的作用。自从1972年Nature上发表了关于TiO₂在紫外光的照射下将水分解为氢气和氧气后，人们从各个领域对TiO₂光催化进行了深入的研究，探索光催化过程的原理，致力提高光催化效率。研究表明TiO₂可作为一种高效、无毒、稳定的光催化剂。但由于TiO₂ 的带隙较宽(约3.2 eV)，仅具有波长较短的紫外光催化活性。然而，紫外光仅占总太阳光强的大约4%，从而限制了其广泛应用。为弥补TiO₂光谱吸收范围较窄的不足，改善催化效率，大量的研究对TiO₂进行燃料敏化、量子点敏化等表面修饰改性。可见光占总太阳光强的大约48%，所以吸引人们对可见光催化剂掺杂TiO₂改性方面的研究，以拓宽光催化剂光谱吸收范围。然而，在太阳光谱中，近红外光占总太阳光强的大约44%，却一直以来没有合适的光催化剂对近红外光波段实现有效利用，以致不能最大限度的利用从紫外光到近红外光的太阳光全波段进行光催化。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明提供一种太阳光全波段（紫外光，可见光与近红外光）光催化纳米阵列的制备方法，该光催化纳米阵列为纳米VS₄填充TiO₂纳米管阵列的复合材料。

一种太阳光全波段光催化纳米阵列的制备方法，具体是按以下步骤合成：

（一）、TiO₂纳米管阵列的制备

将首先对钛片进行金相砂纸打磨，再分别用乙醇、丙酮和蒸馏水超声清洗，然后以钛片为阳极，石墨为对电极，1% NH₄F的乙二醇和水的混合液为电解液，在50 V的电压下氧化1 h后，依次用乙醇和蒸馏水清洗干净，80℃烘干，然后在400℃空气下煅烧2 h，冷却后得到孔径约为100 nm、形貌规整的TiO₂纳米管阵列；

（二）、VS₄溶胶的制备

将一定量的偏钒酸铵溶于蒸馏水和乙醇中搅拌均匀形成溶液A；将一定量的硫代乙酰胺和三乙醇胺溶于乙二醇中搅拌均匀形成溶液B；将溶液A逐滴入溶液B中，边滴加边搅拌；滴加完毕后，继续搅拌30 min，然后逐滴加入氨水调节pH=9.8~11.2，停止搅拌；在60 ℃水浴下放置至溶胶的粘度为2~5 mPa·s；

（三）、TiO₂/VS₄纳米阵列的制备