[发明专利]一种N掺杂TiO2

说明书

本发明涉及光催化材料技术领域，且公开了一种N掺杂TiO2包覆CdS‑ZnO异质结的光催化材料，包括以下配方原料：纳米ZnO空心微球、Cd(NO₃)₂、硫脲、氟钛酸铵、尿素。该一种N掺杂TiO₂包覆CdS‑ZnO异质结的光催化材料，CdS原位生长在纳米ZnO空心微球表面，形成CdS‑ZnO异质结结构，CdS产生光生电子‑空穴对，光生电子受激发跃迁到ZnO的导带上，空穴则留在CdS的价带中，促进了光生电子‑空穴的分离，液相沉积法在CdS‑ZnO异质结的表面形成TiO₂层，避免了光辐射产生的强氧化性基团与CdS直接接触，降低了光腐蚀现象，N掺杂进入TiO₂的晶格中，取代了部分氧空位，在TiO₂价带上方形成了一个新的能带，扩大了TiO₂对可见光区域的吸收范围，提高了光催化材料对光能的吸收范围和利用率。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体为一种N掺杂TiO₂包覆CdS-ZnO异质结的光催化材料及其制法。

背景技术

我国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，多年来我国的水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存，污染物主要来源于未经处理而排放的生活污水、工业废水和农业污水，污染物主要有酸、碱无机盐，铜、镉、汞、砷等重金属化合物，以及多环芳烃、卤代烷烃、有机染料等有机污染物。

目前对于污水中有机物污染物的处理方法主要有包括物理吸附法、离子交换吸附法、氧化还原法、化学沉淀法等，光降解是指在光的作用下，有机化合物降解为碳原子较少的同系物的反应，近年来光催化半导材料在处理有机废水污染领域发挥着重要的作用，具有广泛的应用前景，光催化半导材料主要有ZnO、SnO₂、CdS等材料，其中CdS的带隙较窄，紫外-可见吸收波段较宽，对光能的吸收和利用率良好，是一种极具潜力的光催化半导体材料，CdS在光催化过程中，很容易被光辐射产生的强氧化性基团腐蚀，导致CdS损耗和分解，不仅影响了材料的光催化性能，同时分解产生的重金属Cd²⁺会污染水源，并且CdS产生的光生电子和空穴极易复合，大大降低了材料的光催化活性。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种N掺杂TiO₂包覆CdS-ZnO异质结的光催化材料及其制法，解决了CdS材料容易发生光辐射腐蚀现象，导致CdS损耗和分解的问题，同时解决了CdS产生的光生电子和空穴极易复合的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种N掺杂TiO₂包覆CdS-ZnO异质结的光催化材料，包括以下按重量份数计的配方原料：45-52份纳米ZnO空心微球、10-15份Cd(NO₃)₂、3-5份硫脲、23-40份氟钛酸铵、2-5份尿素。

优选的，所述纳米ZnO空心微球制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、Zn(CH₃COOH)₂和CH3COONa，匀速搅拌1-2h，将反应瓶置于超声分散仪中，加热至40-50℃，超声频率为22-30KHz，进行超声分散处理2-3h，将溶液转移进聚四氟乙烯水热反应釜，并置于反应釜加热箱中，加热至180-200℃，反应30-35h，将溶液冷却至室温，通过离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到纳米ZnO空心微球。

优选的，所述Zn(CH₃COOH)₂和CH3COONa的物质的量摩尔比为1:3-3.5。