[发明专利]铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和光催化应用

说明书

本发明公开了铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和光催化应用。本发明在酸性条件下，通过铋酸钠氧化Rh(III)制备Rh(IV)溶液，并作为前驱体，利用水热合成法，通过原位替换的方式将Rh(IV)掺杂到TiO₂材料中进而制备铋和铑共掺杂的TiO₂复合材料。该复合材料的颜色与Rh(IV)的掺杂比有关，随着Rh(IV)掺杂比的增大，Bi,Rh‑TiO₂的颜色也从白色逐渐变为黄色、黄绿、灰色到黑色。Bi,Rh(IV)‑TiO₂材料的光学禁带宽度约为2.76―2.90eV，表现出良好的可见光催化性能。Bi,Rh(IV)‑TiO₂材料在波长大于400nm的可见光激发下，对乙酸的分解明显优于未掺杂的TiO₂，且当Rh(IV)/Ti=0.22mol%。在波长大于450nm的可见光激发下，Bi,Rh(IV)‑TiO₂材料对异丙醇的分解明显优于未掺杂的TiO₂以及商业化的FP6和P25。

技术领域

本专利涉及光催化及环境治理技术领域，尤其涉及一种含有四价铑离子的可见光催化材料及其制备方法。

背景技术

环境和能源问题把太阳能的利用推到了科学与技术研究前沿，在太阳能利用的各种方案中，光催化实现太阳光能量转化为化学能的过程是一个非常重要的研究领域。光催化也是一种环境友好的环保污染治理技术，通过将太阳能转化为化学能，实现对目标污染物的光降解。TiO₂因其无毒、稳定性好和光学性能高成为最受重视和具有广阔应用前景的光催化材料。但其禁带宽度（~3.0eV）较大，限制了TiO₂只能利用紫外光，不能有效地利用太阳能，因此研究开发可见光响应的TiO₂成为可见光光催化材料的热点。

近几年，三价铑掺杂的二氧化钛复合材料（Rh(III)-TiO₂）和三价铑掺杂的钛酸锶）复合材料（Rh(III)-SrTiO₃），由于其可见光催化性能引起研究学者的重视。Rh(IV)（0.600Å）具有和TiO₂中Ti(IV)相同的电荷和相近的离子半径（0.605Å）的离子半径，使其更容易取代Ti(IV)进行掺杂。然而，Rh(IV)掺杂或共掺杂的光催化材料鲜少报道，这主要是因为Rh(IV)的最外层4d⁵轨道存在一个单电子，使其非常的活泼，导致很难得到稳定的Rh(IV)溶液。因此，研发一种简单易操作的Rh(IV)掺杂可见放催化材料制备方法是国内外研究和技术开发的难点问题。

发明内容

为了降低TiO₂的禁带宽度，实现TiO₂光催化过程的宽太阳光谱响应，本发明提供了一种铋/铑共掺杂二氧化钛（Bi,Rh(IV)-TiO₂）的复合材料及其制备方法，具体为铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和光催化应用。

本发明制备的复合材料为晶态纳米材料，光学禁带宽度相应为2.76―2.90eV，表现出良好的可见光催化性能。而且，本发明制备的Bi,Rh-TiO₂复合材料中本专利的可见光催化材料在降解乙酸和异丙醇中均表现出优良的催化性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：

A、将硝酸溶液、RhCl₃溶液和铋酸钠粉末混合，充分搅拌后即得紫色的含有Rh(IV)的溶液，并且硝酸溶液中硝酸的浓度10mol/L，

其中，硝酸溶液、RhCl₃和铋酸钠的摩尔比为100~2000：1：2~40；