[发明专利]一种光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。本发明所述光催化剂一方面利用空心球二氧化钛对光的多次反射来增强光的捕获能力，另一方面通过在小粒径颗粒状二氧化钛和大粒径空心球二氧化钛之间构建的同相结来减少光生电荷在转移过程中遇到的阻碍，相当于在大粒径空心球二氧化钛表面的光生电子与空穴复合前，电子就已经被快速转移至小粒径二氧化钛的表面，不同粒径的二氧化钛之间形成的同相结可以有效的促进光生电子和空穴分离，提高材料的光催化性能。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球能源短缺和环境污染问题日益严重，探索一种新型的绿色技术来解决上述能源和环境危机显得尤为迫切。当前世界，为了能充分利用丰富、清洁、取之不尽用之不竭的太阳能，越来越多的国内外学者将目光投向了半导体的光催化技术。一方面，半导体光催化技术可以利用太阳能生产许多有价值的化学染料，例如光催化裂解水产生的氢气和二氧化碳还原生成的碳氢化合物。另一方面，该技术还可以利用太阳能进行光催化降解，通过降解各种有毒有害的化学污染物来净化环境。

目前，光催化技术面临的最大的挑战是光催化性能的提升，这直接决定了太阳能转换系统的效率。光催化性能的提升依赖于光催化剂的设计，而光催化剂的设计可以合理地定制，以实现高效的光捕获、快速的电荷分离和传输、充分的表面反应。其中空心球半导体材料由于其独特的结构与特性，在光催化剂设计中具有许多优点，不但改善了光散射和捕获，缩短了电荷迁移和定向电荷分离的距离，而且还提供了丰富的壳层表面反应位点。然而，空心球催化剂仍存在较高的光生载流子复合率。因此，如何设计光催化剂来提升空心球半导体材料的光生电荷分离效率，以进一步提高光催化剂的催化性能，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化剂及其制备方法和应用，所述光催化剂可以提高光生电子和空穴的分离效率，具有较好的光催化性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种光催化剂，包括大粒径空心球二氧化钛和小粒径颗粒状二氧化钛；

所述小粒径颗粒状二氧化钛负载在所述大粒径空心球二氧化钛的表面；

所述大粒径空心球二氧化钛和小粒径颗粒状二氧化钛的粒径比为(10～200)：1；

所述大粒径空心球二氧化钛和小粒径颗粒状二氧化钛之间构成同相结。

优选的，所述大粒径空心球二氧化钛的粒径为500～1000nm，所述小粒径颗粒状二氧化钛的粒径为1～30nm。

优选的，所述小粒径颗粒状二氧化钛与所述大粒径空心球二氧化钛的质量比为(5～40)：100。

本发明还提供了上述技术方案所述的光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将大粒径空心球二氧化钛、钛源、无机酸酸和三乙醇胺混合，进行水热反应，得到所述光催化剂；

所述大粒径空心球二氧化钛和钛源的质量比为(2～5)：40。

优选的，所述水热反应的温度为120～250℃，所述水热反应的时间为60～80h。

优选的，所述大粒径空心球二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：

将球形酚醛树脂和碱性溶液混合后，滴加第一钛源溶液，进行水解，得到表面包覆有TiO₂的球形酚醛树脂；

将所述表面包覆有TiO₂的球形酚醛树脂进行煅烧，得到所述大粒径空心球二氧化钛。

优选的，所述煅烧的温度为200～600℃，所述煅烧的时间为 1～15h。