[发明专利]一种以多孔二氧化硅纤维为载体的近红外响应性光催化剂的制备方法及光催化剂

说明书

本发明提供了一种以多孔二氧化硅纤维为载体的近红外响应性的光催化剂制备方法，属于纳米科学技术领域。本发明首先以稀土氧化物为原料采用水热法获得粒径分布均匀的具有近红外响应性的核壳型纳米催化剂颗粒，然后通过静电纺丝技术结合模板法制备多孔结构的二氧化硅纤维，最后将均匀的核壳型纳米催化剂颗粒负载多孔二氧化硅纤维上。本发明制备的多孔二氧化硅纤维的表面和内壁上均匀分布着核壳型纳米催化剂颗粒，表现出良好的分散性和稳定性。另外，该制备方法成本低廉，能够实现将光催化剂的光响应范围扩展至近红外区。

技术领域

本发明涉及无机光催化材料领域，进一步地说，是涉及一种以多孔二氧化硅纤维为载体的近红外响应性的光催化剂制备方法及光催化剂。

背景技术

近年来，各种有机污染物日益增多，光催化技术作为一种高级氧化工程对于光催化在染料方面的降解应用也越来越多。但是材料大多只在紫外光条件下可使用，对于在实际应用存在很大的局限性。因此，制备出在太阳光下有良好催化效果的催化剂变得很有必要。

二氧化钛(TiO₂)作为一种重要的半导体光催化剂，由于其催化活性高、稳定性好、价格低廉、无二次污染、具有较宽的带隙等优点，是目前光催化技术领域研究中普遍使用的半导体光催化剂。然而，TiO₂半导体自身的宽禁带特征限制了它的光响应范围，仅能吸收特定紫外光(λ<387nm)。如何扩展TiO₂光响应范围是目前该研究领域的一个热点。目前采用非金属掺杂、贵金属沉积或与半导体复合等方法，将TiO₂光响应范围扩展至可见光区。

为了增强催化剂的活性，经常使用高表面积的纳米颗粒，比表面积高达50m²/g的数量级。然而，这种小尺寸颗粒过于细小，在实际应用中易于凝聚而失活、不易沉降，导致其很难分离、回收和重复利用。

发明内容

为了克服以上现有技术中的问题，本发明首先采用上转换材料将TiO₂光响应范围扩展至近红外区，上转换发光纳米材料可以吸收低光子能量的长波辐射，然后辐射出高光子能量的短波辐射，从而能将能量较低的近红外光转换为能量较高的紫外光。

另外，本发明选择使用多孔吸附剂载体，其中被催化分子可以吸附在光催化位点附近，延长反应过程，从而增强降解过程。此外，吸附剂载体可以保留在光催化氧化过程中形成的反应中间体，导致更好的电子-空穴分离，从而也提高整体的光催化活性。其中，二氧化硅材料具有中性框架，轻度疏水性，透明度，光衍射能力和宽的孔径范围等特点，使其成为光催化载体材料的理想选择。

据此，本发明提供了一种水热法合成近红外光响应型具有核壳结构的上转换发光材料，旨在制备形貌均一，粒径较小，分散均匀的纳米颗粒，然后负载到通过静电纺丝技术和模板法结合制备的多孔二氧化硅纳米纤维上，得到一种以多孔二氧化硅纤维为载体的近红外响应性光催化剂，这将对纳米材料实现污水处理的运用具有重要的指导意义。

本发明的目的之一是提供一种以多孔二氧化硅纤维为载体的近红外响应性光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)以稀土氧化物(RE₂O₃)为原料采用水热法制备上转换晶体粉末。

所述上转换晶体的制备方法采用本领域常用的水热法工艺即可。

优选的，方法包括如下步骤：将稀土氧化物(RE₂O₃)溶于强酸中，加热直至蒸发掉溶液中的水分，溶于水中得到浓度为0.01mmol/L～10mol/L的稀土盐分散液，将表面活性剂溶于水得到浓度为0.01mmol/L～10mol//L的表面活性剂分散液，逐滴加入稀土盐分散液中，剧烈搅拌10min～1h，直至形成白色络合物，逐滴加入分散有3～12mmol的NaF水溶液，持续搅拌1～10h，将所得的混合溶液升温至180～220℃，反应2～14小时，将所得产物离心、洗涤、干燥，得到具有上转换发光特性的晶体粉末。