[发明专利]一种光催化剂的制备方法、光催化剂及其应用

说明书

本发明属于光催化剂领域，具体是一种光催化剂的制备方法、光催化剂及其应用，本发明的光催化剂是在硅烷水解物中加入纳米二氧化钛和MXene二维层状材料，再进行缩合、老化、置换、修饰、干燥、粉碎，获得二氧化钛/MXene/二氧化硅气凝胶复合材料光催化剂。本发明充分利用了二氧化硅气凝胶的高比表面和MXene二维层状材料的高比表面、高导热、导电等性能，提高了纳米二氧化钛的光催化剂活性，在有机污染物，包括有机染料污染物领域的光催化降解上效果显著。

技术领域

本发明属于光催化剂领域，涉及一种光催化剂的制备方法、光催化剂及其应用。

背景技术

二氧化钛作为光催化剂光催化降解有机污染物已有众多的研究和实际的应用，但是开发者还在寻找催化性能更好的复合型二氧化钛光催化剂，因此有众多新型材料应用在二氧化钛光催化剂中。

MXene是一种新型材料，具有二维层状材料结构，比表面积高、具有良好导热导电性能。CN104529455B公开了一种二氧化钛/二维层状碳化钛复合材料的低温制备法，低温氧化MXene-Ti₃C₂表面形成TiO₂，获得。论文《新型二维材料MXene热力学稳定性及光催化性能探究》(《化学工程与技术》，2018,8(5)326-332)报道了Ti₃C₂T_x二维材料在空气氛围下高于200℃加热，会形成TiO₂/Ti₃C₂T_x复合光催化剂，对甲基橙的降解率可达到58.65％。

但是人们仍然希望能有更高效的光催化剂。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术缺陷，提供一种光催化剂的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种光催化剂。

本发明还有一个目的在于提供一种光催化剂的应用。

本发明的技术方案如下：

一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤，

S1、硅源加入到有机溶剂中，搅拌均匀，加入去离子水，搅拌均匀，加入酸调节pH为2～4进行水解，获得水解物；硅源，比如正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅酸钠水溶液等，溶解在有机溶剂，比如无水乙醇、甲醇、丙酮等，再加入酸性水溶液调节体系pH为2～4进行水解获得硅烷水解物是一个较为常规的技术。所用的酸只要能调节水解体系pH为2～4就行，并不限于某种酸，可以优选甲酸、草酸、稀硫酸或稀盐酸，但不建议使用氢氟酸。进行水解的时间无特别的限制，但可以优选1h、1.5h或2h。

S2、在步骤S1获得的水解物中加入纳米二氧化钛和MXene二维材料，搅拌分散均匀，加入碱调节pH8～9.5进行缩合，获得湿凝胶；所用碱无特别限制，只要能调节反应体系的pH为8～9.5就行，但可以优选碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氨水或氢氧化钾。

S3、将步骤S2获得的湿凝胶进行老化、无水乙醇置换、修饰，真空干燥或者超临界干燥，粉碎，获得所述光催化剂。所述老化是在30～70℃的密封环境中放置10～30h；所述无水乙醇置换是浸没入无水乙醇中24～48h中后取出，可以进行一次无水乙醇置换，也可以进行两次无水乙醇置换。

优选的方案中，步骤S1中所述硅源选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯和正硅酸甲酯中的至少一种。

优选的方案中，步骤S1中所述硅源、有机溶剂、去离子水的重量比为1:4～10:0.2～0.5。

优选的方案中，步骤S2中所述水解物、纳米二氧化钛和MXene二维材料的重量比为10:0.5～3:1～5。

优选的方案中，步骤S2中所述纳米二氧化钛具有光催化活性。