[发明专利]一种石墨烯-Nb掺杂TiO2纳米管异质结构光催化剂制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑Nb掺杂TiO₂纳米管异质结构光催化剂制备方法，光催化剂在可见光区响应，属于光催化技术领域。其制备步骤如下：以异丙醇为溶剂，钛酸四丁酯为前驱体，用溶剂热法制备铌表面修饰的负载型纳米二氧化钛催化剂；然后与氧化石墨烯在碱性水热过程中耦合形成还原石墨烯薄片均匀负载被铌表面修饰的二氧化钛纳米管的复合材料，即石墨烯‑Nb掺杂TiO₂纳米管异质结构光催化剂。本发明中，通过对TiO₂进行掺杂、构造管状结构与复合石墨烯的共修饰策略，使得制备的光催化剂具有较宽的可见光光谱响应范围，丰富的表面活性位点及较高的电荷分离能力，光催化降解效率达到95.2％，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种能在可见光区响应的Nb掺杂TiO₂纳米管-石墨烯异质结构光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化技术利用半导体材料在光辐照条件下受激活化的特性，可以用来催化分解水产氢，还原CO₂制碳氢燃料，降解水和空气中的各种污染物等，具有条件温和、节能高效等优点，因而成为解决当前环境污染和能源危机的有效途径之一，具有重要的现实意义。

TiO₂催化活性高、热力学稳定性好、来源丰富，成为当下备受瞩目的半导体光催化剂。但是TiO₂自身的一些缺陷，如带隙较宽(3.2eV左右)、光响应范围窄(激发TiO₂价带电子的光波长≤387nm，仅占总太阳能的3％左右)，光致电子空穴复合率较高等问题，使得其光催化效率难以达到工业应用水准。因而开发具有较宽光吸收范围、高催化效率、稳定性好的光催化剂成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种石墨烯-Nb掺杂TiO₂纳米管异质结构光催化剂制备方法，其目的在于开发新的光催化剂，使其能在可见光范围响应，具有高催化效率、高稳定性等性能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种石墨烯-Nb掺杂TiO₂纳米管异质结构光催化剂制备方法，光催化剂在可见光区响应，其制备步骤如下：以异丙醇为溶剂，钛酸四丁酯为前驱体，用溶剂热法制备铌表面修饰的负载型纳米二氧化钛催化剂；然后与氧化石墨烯在碱性水热过程中耦合形成还原石墨烯薄片均匀负载被铌表面修饰的二氧化钛纳米管的复合材料，即石墨烯-Nb掺杂TiO₂纳米管异质结构光催化剂。

进一步的技术方案在于，其包括如下步骤：

(1)制备铌表面修饰的负载型纳米二氧化钛催化剂：

将NbCl₅添加到异丙醇溶剂中，随后再加入稳定剂乙酰丙酮；然后将钛酸四丁酯加入搅拌溶解；将得到的溶液用溶剂热法制备铌表面修饰的负载型纳米二氧化钛催化剂；

(2)制备石墨烯-Nb掺杂TiO₂纳米管异质结构光催化剂：

将氧化石墨烯和步骤(1)所得样品在去离子水中超声处理实现均匀分散，然后在碱性水热过程中耦合形成还原石墨烯薄片均匀负载被铌表面修饰的二氧化钛纳米管的复合材料，即石墨烯-Nb掺杂TiO₂纳米管异质结构光催化剂。

进一步的技术方案在于，溶剂热法中Nb与Ti的原子比为1～10at.％。

进一步的技术方案在于，氧化石墨烯和铌表面修饰的负载型纳米二氧化钛催化剂的颗粒用量为1％～10％

进一步的技术方案在于，其包括如下步骤：

(1)制备铌表面修饰的负载型纳米二氧化钛催化剂：