[发明专利]一种制备氮掺杂金红石TiO2选择性光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备氮掺杂金红石TiO₂纳米杆选择性光催化剂的方法。 

背景技术  

选择性光降解是指光催化剂对不同有机物具有不同的光催化降解速率，能够对混合物中的某种有机物具有优先降解能力，而其它有机物则能保留下来。选择性光降解可用于有机物分离、精细化工合成等方面。选择性光降解是一个很有挑战的化学难题，因为光催化降解主要靠半导体光催化剂(例如TiO₂)吸收光子后产生的自由羟基·OH，自由羟基·OH的氧化还原势能达到2.8 eV，能降解绝大多数有机物，这导致其基本没有光降解选择性。

目前一些实现选择性光降解的方法主要可以归纳成两种：

1)将光催化剂制备成介孔结构，或者负载在介孔模板上，这样分子尺寸比介孔大的有机物分子不能穿过介孔、吸附在光催化剂表面，因而无法被降解，通过这种方法可以实现分子尺寸差异较大的不同有机物的选择性光降解，但对于分子尺寸接近的有机物没有选择性。

2)通过化学方法修饰光催化剂表面，在其表面接上不同基团，使其在水溶液中呈不同电性，这样可以实现对水解电性不同(正电性或者负电性)的有机物的分离，但对水解电性相同的有机物没有选择作用。

综合上述讨论，可以看出，目前的选择性光催化方案受限制较多，对分子尺寸接近的有机物分子难以实现选择性，此外选择性的效率还有待提高。

鉴于此，申请人试图从改变光催化剂TiO₂表面结构入手，制备氮掺杂金红石TiO₂纳米杆，将这种光催化剂用于选择性光降解含氮染料，实现了在分子大小相似的体系中对甲基橙的优先选择性催化。

发明内容  

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备选择性光催化剂的新方法。

本发明为解决上述技术问题所提供的方案是：将氮化钛与HNO₃、HCl混合，制备出氮掺杂金红石TiO₂纳米杆用于选择性光降解，实现在分子大小相似的体系中对甲基橙含氮染料的选择性光催化。

本发明方法的催化剂制备具体包括如下步骤：

步骤(1).将氮化钛、HNO₃和HCl按照摩尔比1:8:2～1:12:4混合成前驱物，将前驱物作为反应物，置于水热反应釜中进行水热反应，水热反应温度为180～200 ℃，恒温时间为24～30小时。

步骤(2).将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水洗涤3～5次后在80～100℃下烘干10～16小时。

步骤(3).将烘干后产物在600～700℃烧结90～120分钟除去表面化学吸附物。

步骤(4).将烧结之后的产物研磨成粉末，即得到氮掺杂金红石TiO₂纳米杆。

本发明方法制备的氮掺杂金红石TiO₂纳米杆用于调控选择性光降解。

本发明的有益效果：本发明所制备得到的氮掺杂金红石TiO₂纳米杆可用于选择性光降解含氮染料，实现了在分子大小相似的体系中对甲基橙的优先选择性催化。

附图说明

图1为实施例1制备的氮掺杂金红石TiO₂纳米杆的X-射线衍射(XRD)对比图；

图2为实施例2制备的氮掺杂金红石TiO₂纳米杆的高分辨透射电镜图(HRTEM)；

图3为实施例3制备的氮掺杂金红石TiO₂纳米杆的X射线光电子能谱图(XPS)；

图4为实施例4制备的氮掺杂金红石TiO₂纳米杆的光谱吸收图；

图5为对比例1的商业P25 TiO₂对亚甲基蓝和甲基橙混合物选择性光降解的效果图。

图6为对比例2制备的纯金红石TiO₂对亚甲基蓝和甲基橙混合物选择性光降解的效果图。

图7为实施例1制备的氮掺杂金红石TiO2纳米杆对亚甲基蓝和甲基橙混合物选择性光降解的效果图。

具体实施方式

    下面结合附图和实施例对本发明进一步阐述：

实施例1：