[发明专利]一种共掺杂TiO2

说明书

本发明属于光催化剂制备技术领域，公开了一种共掺杂TiOsubgt;2/subgt;光催化剂、负载化制备方法、制备装置，进行供硼剂的制备，通过加热制备的所述供硼剂得到B原子、N原子，令得到的B原子、N原子与加热后的Ti粉末发生自蔓燃反应，在金属丝网沉积生成TiBN；令生成的TiBN与Osubgt;2/subgt;发生氧化反应形成Bsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;、TiOsubgt;2/subgt;，液态Bsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;渗入TiOsubgt;2/subgt;中形成B掺杂的TiOsubgt;2/subgt;，同时掺杂B和N的TiOsubgt;2/subgt;负载在金属丝网上，即得到B、N共掺杂TiOsubgt;2/subgt;光催化剂。本发明提出了一种工艺简单，成本低，产量高，金属丝网负载催化剂制备方法，制备的金属丝网负载TiOsubgt;2/subgt;催化剂重复使用率高，不易剥落，工艺简单、成本低、生产周期短、适合批量生产。

技术领域

本发明属于光催化剂制备技术领域，尤其涉及一种B、N共掺杂TiO₂光催化剂、负载化制备方法、制备装置。

背景技术

目前，TiO₂作为半导体光催化材料，由于无毒、价格低廉和优异的光/化学稳定性，在太阳能电解池电极、太阳能光伏电池、光解水制氢、光催化、有机物降解等能源和环境领域有重要应用。但由于TiO₂较大的禁带宽度(金红石的带宽为3.0eV；锐钛矿的带宽为3.2eV)，只能吸收占太阳光约4％的紫外光，这限制了其对太阳能的高效利用；TiO₂吸收光后激发产生的载流子—电子和空穴容易发生复合，使得可以传输到催化剂表面参与反应的载流子数目减少，降低了催化效率。

现有改进TiO₂光催化性能的方法主要是掺杂。关于掺杂，有金属离子掺杂和非金属离子掺杂。金属离子掺杂能够在一定程度上减小禁带宽度，拓展TiO₂对太阳光的响应范围，但金属离子掺杂可能会对TiO₂的热稳定性造成影响；掺杂可能为电子和空穴的复合提供了良好的复合中心；部分金属离子掺杂的注入设备昂贵。非金属离子掺杂能保证TiO₂自身优异性能，还可以降低能带间隙，拓宽可见光的响应范围，同时可以有效抑制光生载流子的复合，进而提高其光催化性能。与金属离子相比，非金属离子还具有原料来源广泛、价格低廉等优点，因此非金属离子掺杂更有利于提高TiO₂的光催化性能和被市场接受。非金属元素掺杂多数是用B、C、N、F、P和S等元素，其中N元素掺杂最为常见。关于B掺杂TiO₂的报道远远低于N掺杂，可能是掺杂B的方法复杂，很难得到理想样品所致。

B掺杂主要是采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)高温煅烧。

最近研究发现B和N共掺杂的TiO₂比B和N单独掺杂TiO₂有更高的光催化活性，可能是提高可见光催化活性的最有效途径。现有B、N共掺杂是以溶胶-凝胶法，水热合成法为代表的化学方法，这些方法步骤多，工艺复杂，污染坏境，且难度远远大于N掺杂。

TiO₂光催化剂所用的载体主要是三大类，分别是硅基载体、碳基载体和金属载体。硅基载体材料来源广泛，价格低廉，透光性优异，催化活性较高，但硅基载体催化剂易折断、抗负荷能力差、热稳定性差。硅基载体包括二氧化硅和硅酸盐产品，通常是玻璃、硅胶、沸石分子筛等等。碳基载体具有耐热、耐腐蚀、良好的导电性和导热性，但碳基载体易堵塞，不利于重复使用。碳基载体包括活性炭、石墨烯、碳钎维和活性半焦等。金属载体主要是不锈钢等。