[发明专利]一种可见光催化颜料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种可见光催化颜料、制备方法及其应用。该可见光催化颜料为核壳结构、具有可见光响应能力的光催化性能，核壳结构以氧化铁为内核，氧化铁和二氧化钛的混合物为外壳，且外壳中的二氧化钛占整个核壳结构的可见光催化颜料的质量分数为10‑40％。上述可见光催化颜料具有可见光催化效果，价格低廉，分散性良好，不仅具备一般颜料的着色力和色调多样性外，还具有抗菌除臭净化空气等特点，可广泛应用于建筑材料、油墨、以及居民住宅室内外装饰用涂料等领域。

技术领域

本发明涉及光催化颜料技术领域，具体而言，涉及一种可见光催化颜料、制备方法及其应用。

背景技术

光催化材料是指通过该材料、在光的作用下发生的光化学反应所需的一类半导体催化剂材料，世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡等多种氧化物，其中二氧化钛因其氧化能力强，化学性质稳定无毒等优点成为研究最多的光催化材料。

虽然TiO₂作为光催化材料具备不可比拟的性能优势，但是在实际应用中还存在很多缺陷，(1)首先TiO₂的带隙过宽(3.2eV)，使得它对光的吸收仅限于紫外区，对太阳能的利用率很低；(2)空穴与电子的重新复合影响半导体的光催化效率。由于这些缺陷的存在，使其光催化效率不是很高，仍然无法满足实际应用的要求。因此，通过对TiO₂改性来提高其光催化活性成为迫切需要解决的问题。鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可见光催化颜料、制备方法及其应用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种可见光催化颜料，该可见光催化颜料为核壳结构，并且核壳结构以氧化铁为内核，氧化铁和二氧化钛的混合物为外壳，外壳中的二氧化钛占核壳结构的可见光催化颜料的质量分数为10-40％。

二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，带隙过宽，只能吸收太阳能中紫外波长范围内的光，有效利用的太阳光不足5％。由于纳米材料具有高比表面积和纳米光催化效应，因此现有适用于光催化的二氧化钛基本都为纳米级，例如degussa公司生产的商用纳米二氧化钛P25等，然而纳米二氧化钛在应用过程中不可避免的存在团聚现象，导致其光催化性能下降，而且其高昂的价格限制了工业应用范围。

氧化铁颜料是仅次于钛白颜料的第二大无机颜料，也是第一大彩色无机颜料，其色域广泛，价廉无毒，在建筑材料、涂料、油墨、等工业领域均有应用。其中氧化铁红具有较窄的半导体禁带宽度(2.2eV)，最大激发波长(光响应波长)为550nm左右，对紫外和可见光均能表现出较好的光化学响应，是一种成本低廉、化学稳定性较强且环境友好型的物质。然而，单独的α-Fe₂O₃由于其光生载流子的寿命极短，使得其在转移到催化剂表面之前就发生了光生电子与空穴再复合现象，因此其催化效率受到一定程度的限制。

鉴于此，发明人经过长期的研究，提出一种可见光催化颜料，该可见光催化颜料以氧化铁为晶核，在其表面包覆铁钛氧化物，以上的铁钛氧化物中的钛氧化物在整个可见光催化颜料中占比为10-40wt％。这是由于二氧化钛在该范围内时，可见光催化颜料的催化效果最好，减小或者增大二氧化钛的含量，均会降低催化效果。

在自然光照的情况下，由于氧化铁的禁带宽度较小，其价带电子优先被激发到导带，并迁移到二氧化钛的导带上，通过宽-窄带隙能相互结合，使得二氧化钛的光吸收范围拓展至可见区。与此同时，留在二氧化钛价带之上的光生空穴将会迅速的转移到氧化铁的价带之上，增加了氧化铁光生载流子的寿命，有效提升氧化铁颜料光催化效率。

第二方面，本发明实施例提供一种可见光催化颜料的制备方法，包括：以氧化铁为内核，经包覆、煅烧形成具有氧化铁和二氧化钛的混合物外壳的可见光催化颜料。