[发明专利]一种带补丁片状二氧化钛光催化剂

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体说是一种带补丁片状二氧化钛光催化剂及其制备方法。

背景技术

人类社会和经济可持续发展日益面临能源短缺和环境恶化两大问题，正处在城镇化和工业化加速发展阶段的中国，对清洁能源及环境保护技术的研发需求尤为紧迫。理论上，从自然界获取可以利用太阳光能量并低成本制取氢能源是解决上述问题的理想途径，发展相关技术和新材料有广阔前景（张彤，2009）。

1972年日本科学家Fujishima等发现TiO₂单晶电级可以实现光催化分解水（FujishimaA,1972），后来又发现纳米TiO₂具有光催化降解有机物的能力，TiO₂成为材料领域的研究热点，但TiO₂的禁带宽度为3.2eV，其对应的吸收波长为387.5nm,光吸收仅局限于紫外光区。但这部分光仅占照射到地面太阳光谱的5%，且TiO₂量子效率最多不高于28%，综合起来太阳能的利用效率仅在1%左右，利用效率很低。

为解决这个问题，科学家经过不断研究，提出两种途径：一是对二氧化钛等传统光催化材料进行掺杂和改性，二是开发新的光催化材料，使其能对可见光响应。二氧化钛的掺杂和改性已经取得一些成果，但效果并不显著。自从2008年的一篇关于二氧化钛的文章中，其制备过程中使用了氢氟酸后，人们经过不断地实验改进，发现加入氢氟酸反应生成的二氧化钛活性大大提高，因此二氧化钛有望成为21世纪在可见光下广泛利用的新型催化剂。

二氧化钛催化降解有机污染物的速度与晶体形貌暴露的面有一定关系，最新研究发现（110）和(100)面显示了更强的光催化活性，二氧化钛的催化活性仍有待进一步提高，因此研究二氧化钛简便的合成方法和提高其催化活性是研究的重点。

纳米Ti0₂的制备方法主要分为气相法和液相法，前者包括氢氧火焰水解法、气相氧化法、钛酸盐气相水解法和气相分解法等，后者则包括溶胶一凝胶法、微乳法、水解法、水热合成法和一步合成法等。尽管气相法制备的Ti0₂粉体粒度小、纯度高、分散性好，但工艺复杂、成本高且对设备和原料的要求较高。相比而言，液相法制备Ti0₂的工艺简单、成本低廉、设备投资小，已成为国内研究纳米Ti0₂常用的方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种稳定性好，结构新颖，催化活性高的带补丁片状二氧化钛光催化剂以及简单易行的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

由于二氧化钛是紫外响应，要想提高它的光催化活性，就要从改变形貌入手，增加催化剂的比表面积。

本发明提供的一种带补丁片状二氧化钛光催化剂，所述二氧化钛纳米结构为孪晶结构，晶体粒径比较小。

该二氧化钛催化剂的制备具体步骤包括：

1）将氢氟酸和冰醋酸加入水中，按质量比为氢氟酸：水：冰醋酸=1: 1~8: 20~100的比例混合，搅拌均匀，形成混合溶液；

2）取钛酸四丁酯与步骤1）中的混合溶液与进行混合，充分搅拌；其中钛酸四丁酯与所述氢氟酸的质量比：1~7 ：1；

3）将步骤2）所得溶液置入耐压釜中，将耐压釜放入烘箱中，在120℃-200℃温度下反应12-72小时；

4）反应完成后冷却至室温，进行固液分离，将所得沉淀用纯净水进行洗涤、60℃温度下烘干，制得带补丁片状二氧化钛。

步骤1）中氢氟酸的质量百分浓度为40%。

本发明方法得到的片状补丁结构二氧化钛活性比商品化二氧化钛活性要高出10倍左右，因此片状补丁结构的二氧化钛具有高效的光催化性能。

本发明具有以下突出的有益效果：本发明的带补丁的二氧化钛光催化剂结构新颖，光催化活性高，结构稳定，制备方法简单，制备原料简单可以循环利用，制造成本极低。

附图说明

图1是本发明的带补丁片状二氧化钛光催化剂扫描电镜图（SEM）；

图2是实施例1制得的带补丁片状二氧化钛作为光催化剂降解罗丹明B实验结果图；

图3是实施例2制得的带补丁片状二氧化钛作为光催化剂降解罗丹明B实验结果图；

图4是实施例3制得的带补丁片状二氧化钛与商品化二氧化钛作为光催化剂降解罗丹明B实验结果对比图；