[发明专利]金属卟啉敏化二氧化钛光催化剂的原位合成方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂制备技术领域，具体涉及一种金属卟啉敏化二氧化钛光催化剂的原位合成方法。

背景技术

应用TiO₂作为光催化剂处理污水一直是环境科学研究研究领域的热门课题之一。锐钛矿相二氧化钛由于具有光催化活性高、耐光腐蚀性强、稳定性好、环境友好、价格相对低廉、对人体无毒等优点，在信息、能源、环境等新兴研究领域表现出广泛的应用前景。但锐钛矿相二氧化钛的带隙宽度为3.2eV，只能吸收波长小于387nm的紫外光，对太阳光能的利用率仅约4％。因此，对二氧化钛进行性能改善，拓宽其对太阳光的响应范围具有重要的学术意义和应用价值。

在目前改善二氧化钛的光催化性能的方法中采用金属卟啉敏化TiO₂是拓展其在可见光区域吸光性能非常有效的方法，传统的二者复合方法是将金属卟啉作为敏化剂溶解于有机溶剂中，然后和TiO₂回流一定时间，使金属卟啉通过物理作用吸附于TiO₂表面，这种无机(TiO₂)-有机(金属卟啉)的复合材料之间存在相界面会成为光生电子传递的势垒，阻碍电子的传递，并且还存在金属卟啉占据TiO₂很多表面积，从而使得待降解有机物在TiO₂表面吸附的活性点位减少的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属卟啉敏化二氧化钛光催化剂的原位合成方法，提高了光催化剂可见光利用率，解决了现有技术中存在的制备方法繁琐，染料分子易脱落的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种金属卟啉敏化二氧化钛光催化剂的原位合成方法，其特征在于，将金属卟啉融入无水乙醇中，在磁力搅拌条件下逐滴加入钛酸正丁酯，继续搅拌至反应完全，缓慢滴加去离子水，继续搅拌至反应完全，转入高压反应釜中密封，进行水热恒温反应，待反应完全后将反应釜冷却至室温，对反应产物进行分心分离，对得到的固体物质分别使用无离子水和无水乙醇清洗，烘干后即得；

其中，所使用金属卟啉的结构式为：

金属离子M为Cu²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ni²⁺或Mn²⁺，取代基R为-H或-OH，当R为-H时，该金属卟啉记为MTPP；当R为-OH时，该金属卟啉记为MTHPP。

所使用金属卟啉和钛酸正丁酯的比例为0.02～1.0mg∶5mL。

钛酸正丁酯的滴加速度为4～5滴/min，去离子水的滴加速度为2～3滴/min。

水热恒温反应温度120℃～180℃，水热反应时间为6h～8h。

烘干温度为60℃～80℃，烘干时间为6h～8h。

本发明方法简单，反应条件温和，过程易于操作，反应后的处理简单；制得的这种催化剂对可见光有很好的吸收，在可见光条件下对染料废水的有着很好的降解效果。首次利用溶剂热合成TiO₂的制备技术手段将金属卟啉掺杂于其合成过程中，使金属卟啉直接镶嵌于TiO₂的内部结构中，避免金属卟啉流失的同时，能提高金属卟啉与TiO₂的结合强度，提高了复合光催化材料在可见光区域的光催化性能，为今后开发高性能可见光催化剂提供新途径。

附图说明

图1是未敏化TiO₂光催化剂和本发明实施例5得到的锌卟啉敏化二氧化钛光催化剂的XRD图，其中，a是未敏化TiO₂光催化剂，b是锌卟啉敏化二氧化钛光催化剂；

图2是未敏化TiO₂光催化剂和本发明实施例5得到的锌卟啉敏化二氧化钛光催化剂的紫外-可见漫反射光谱图，其中，a是未敏化TiO₂光催化剂，b是锌卟啉敏化二氧化钛光催化剂；