[发明专利]一种含缺陷的Ni/NiTiO3-x

说明书

本发明公开了一种含缺陷的Ni/NiTiO_3‑x/C复合纳米纤维膜光催化材料及其制备方法，属于光催化材料技术领域。本发明采用静电纺丝技术，以乙酸镍、钛酸四丁脂分别作为镍、钛源，将乙酸镍溶于乙酸得到溶液A，在乙醇中加入聚乙烯吡咯烷酮获得溶液B，将A加入到B搅拌均匀后加入钛酸四丁酯，继续搅拌得到前驱体溶液。采用静电纺丝工艺在特定的工作电压、接受距离、泵推进速度下制得复合纤维膜前驱体，在氢气/氩气混合气保护下热处理，制得含缺陷的Ni/NiTiO_3‑x/C复合纳米纤维膜光催化材料。该产品具备优异的光催化性能且环境友好，相比于粉体光催化剂而言，多孔、自支撑结构的纳米纤维膜光催化材料更易与降解后的溶液分离，具有更重要的实际应用潜力。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种含缺陷的 Ni/NiTiO_3-x/C复合纳米纤维膜光催化材料及其制备方法。

背景技术

近年来，环境污染问题愈发严重，尤其是水体环境的污染尤为严重，人们迫切需要寻找一种技术来治理环境污染。半导体光催化技术以其具有无毒、能耗低以及使用周期长等优点引发了人们的广泛关注。

在众多的半导体材料中，TiO₂以其具有较高的光催化活性、物理化学性质稳定、无毒副作用及成本低廉等特点，成为光催化领域主要研究对象之一。但TiO₂带隙较宽，只在紫外光区响应，无法利用太阳光中可见光，因此利用可见光进行光催化的材料引起了研究者的关注。

钛酸镍的结构为三角晶系，钛、镍两原子成八面体配位间隔排列在阳离子层，钛酸镍具有反铁磁性的结构，其禁带宽度为2.18eV，研究表明制备得到的NiTiO₃纳米结构往往具有良好的光催化性能质。由于钛酸镍纳米粉体具备了纳米材料的特性，因此钛酸镍具有更为独特的性能，深受科研工作者的青睐。光源照射和催化剂是光催化氧化必不可少的两个因素，在两者的共同作用下此技术可以降解有机物。在可见光的照射下，钛酸镍可以吸收光子能量而激发产生光生电子和空穴，进而产生活性氧及羟基自由基等，具有很强的氧化和还原能力，能够使大部分有机污染物氧化或分解。尽管钛酸镍对光很稳定，但是其光生电子和空穴的寿命很短，极易重新复合，致使光催化剂的量子效率较低。因此，如何进一步提高钛酸镍的光催化性能成为需要解决的重要课题。

在众多的方法中离子掺杂是最为有效的方法之一。离子掺杂分为非金属离子掺杂和金属离子掺杂两类。其中金属离子掺杂的研究最为广泛，原因在于可供选择的金属元素众多、价态丰富、离子半径迥异、掺杂方式多样等。离子掺杂可能在半导体的晶格中引入缺陷位置或改变结晶度等，从而改变了半导体的带宽或影响了电子与空穴的复合，进而提高了钛酸镍的光催化活性。在催化剂中掺杂非金属、金属离子，改变禁带宽度，也可有效地减小空穴-电子对复合的几率，提高催化剂的光催化效率。此外，还原石墨烯等碳材料具有较高的电子迁移率和大的比表面积，能迅速转移光生电子，促进电子和空穴的分离，显著提高光催化性能，可以作为设计高效复合光催化剂的活性成分。

静电电纺丝技术是一种简单有效的制备具有高比表面积纳米材料的方法，在实际中纤维体在接收端无序堆积时就可直接获得具有多孔形貌的纤维膜结构。近年来，利用静电纺丝技术制备无机氧化物纳米纤维已成为纳米材料研究的新热点，在光催化剂的实际应用中具有重要的理论意义和实际应用价值。

因此本发明创造的采用静电纺丝工艺结合原位热处理一步法制备得到一种含缺陷的Ni/NiTiO_3-x/C复合纳米纤维膜材料，通过原料比例调控和工艺控制调节其性能，通过形成缺陷来改善钛酸镍的禁带宽度，并利用原位生成的碳和金属镍获得较高的电子迁移率和大的比表面积，能迅速转移光生电子，促进电子和空穴的分离，获得更加优异的光催化性能，将有潜力成为一种新型的光催化材料，也具有重要的应用潜力和技术创新意义。

发明内容