[发明专利]利用氯化法中间体制备锡掺杂纳米非晶二氧化钛的方法

说明书

利用氯化法中间体制备锡掺杂纳米非晶二氧化钛的方法，属于光催化纳米新材料的制备技术领域，包括以下步骤：A、在室温下，用蠕动泵将经过精制的氯化法制备金红石型二氧化钛的中间产物四氯化钛和四氯化锡同时并流加入到含有表面活性剂的NaOH混合水溶液中，再加入碳酸铵水溶液，升温至70～80℃，继续搅拌，熟化后，冷却至室温，制得锡掺杂TiO₂水合物；B、将锡掺杂TiO₂水合物进行压滤，洗涤至滤液电导率小于10μs/cm，制得滤饼；C、将滤饼在微波干燥设备中进行干燥，制得锡掺杂非晶二氧化钛；D、将锡掺杂非晶二氧化钛，进行气流粉碎，制得锡掺杂纳米非晶二氧化钛。本发明所制备的锡掺杂纳米非晶态二氧化钛，在可见光下，具有高效降解有机污染物的作用。

技术领域

本发明属于光催化纳米新材料的制备技术领域，具体涉及利用氯化法中间体制备锡掺杂纳米非晶二氧化钛的方法。本发明采用氯化法制备金红石型二氧化钛的中间产物四氯化钛为基础原料，制备锡掺杂纳米非晶态二氧化钛可见光催化剂，在可见光下，具有高效降解有机污染物的作用。

背景技术

二氧化钛作为光催化剂具有化学性质稳定、无毒、紫外光吸收性能强等优点，在光催化、光电转换以及自清洁材料等许多领域具有广泛的应用。由于晶态TiO₂具有较大的带隙能(3.2eV)，不能利用可见光吸收，进行光催化反应，因此，可见光催化的缺陷是困扰TiO₂光催化技术发展的重要原因之一。

由于非晶态TiO₂具有“短程有序”和“长程无序”的结构方式，所以在非晶态TiO₂结构中既存在和晶态TiO₂相类似的价带和导带的基本能带结构，又存在和晶态不一样的价带和导带上的定域态带尾，又由于非晶态TiO₂半导体中有大量的悬挂键存在，其能带结构中又在价带和导带之间存在隙带，二者能带结构的差别是定域态带尾和隙带的存在；另外，非晶态TiO₂中的电子跃迁可以在价带和导带以及价带和导带之间的电子态之间发生，电子跃迁的可能性大幅度增加。因此，非晶态TiO₂具有一些与晶态TiO₂不同的光学性质，能够有效利用可见光，进行光催化反应。

虽然SnO₂是宽禁带半导体，直接带隙为3.189eV，但是由于其存在几种本征缺陷：氧空位、锡空位、氧填隙和锡填隙等，导致其间接带隙在2.162～2.190eV之间，使其存在非化学计量比的结构，计算表明在各种缺陷中氧缺陷和锡填隙具有特别低的结合能。由于其表面有大量的悬挂键和不饱和键，在禁带中形成悬键带或杂质带，其性质与非晶态二氧化钛具有相似之处，同时量子尺寸效应导致SnO₂间接带隙跃迁概率的增加，因而，把SnO₂掺杂于非晶态二氧化钛之中，可有效提高非晶态二氧化钛中的电子转移速率，延缓其电子-空穴对的复合，从而进一步提高了其可见光的光催化性能。

Adan Luna-Flores等报道了对约300nm的非晶态TiO₂进行碳掺杂，在可见光照射下，对罗丹明B溶液降解，100min降解率约90％，体现出了较好的可见光下光催化活性(Economical and Efficient Carbon-Doped Amorphous TiO₂Photocatalyst Obtainedby Microwave Assisted Synthesis for the Degradation of Rhodamine B[J].Mater.,2017,10(12):1447)。可见掺杂对于提高光催化剂的活性，具有很大的作用。但是关于利用氯化法中间体制备出具有较大比表面积的低禁带宽度的锡掺杂纳米非晶TiO₂，代替晶态TiO₂以提高其可见光光催化性能的研究，目前则尚未见报道。