[发明专利]异质结型MVO4与TiO2复合光催化纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钒酸盐(MVO₄)与二氧化钛(TiO₂)复合光催化纤维的制备方法，属于纤维光催化材料制备技术领域。

背景技术

自从TiO₂作为光催化剂用于处理水中污染物以来，因其理化性质稳定、安全无毒、价格低廉而备受关注，业已被广泛用于光催化水处理研究与应用的多个领域。但在长期的研究中发现，TiO₂作为光催化剂存在着固有的缺陷：(1)带隙较宽，仅在紫外光范围内有响应，难以高效利用太阳能；(2)载流子复合机率高，限制了光催化效能的发挥；(3)传统的微纳米TiO₂粉体使用后难以回收。凡此种种，严重制约了TiO₂光催化水处理技术走向实用。

新型TiO₂纤维的出现可望有效地解决光催化剂回收难的问题，但对光响应及其利用却未见助益。尽管纯态TiO₂纤维的适宜掺杂可提高紫外和/或可见光响应，但均易形成电子空穴再复合中心，可见光光催化优化的综合效果不甚明显。TiO₂纤维复合窄带隙半导体并形成异质结结构，可利用异质结的内建电场有效抑制光致载流子复合并提高量子效率，有望全面克服以上不足，这也是刚刚兴起的研究热点之一。

MVO₄(如：M＝In、Fe、Y)系半导体材料带隙普遍较窄，无毒且耐腐蚀，是一类新型的可见光催化剂。然而，MVO₄产生的光生电子–空穴对容易在催化剂体相和表面复合，光催化活性不高。因此，寻求一类兼容宽、窄带隙半导体光响应的高效宽频光催化剂显得尤为迫切。通过适宜可控的方法，将MVO₄与TiO₂纤维进行有效复合并形成异质结，可望在拓宽光谱响应的同时协同提高光催化能力。

发明内容

本发明针对TiO₂光催化纤维存在的不足，提供一种能够形成具有异质结构的异质结型MVO₄与TiO₂复合光催化纤维的制备方法。

本发明的异质结型MVO₄与TiO₂复合光催化纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Si掺杂TiO₂纤维置于水热釜内衬反应管上部的筛板网上，筛板网下方预先加入质量分数为4-6％的HF溶液，将水热釜密封后转移至烘箱中，90-110℃水热反应2小时-4小时；HF蒸汽对Si掺杂TiO₂纤维进行表面粗糙化处理，待水热反应完成后取出Si掺杂TiO₂纤维，自然冷却到室温，再用无水乙醇和蒸馏水分别清洗3次，得到表面粗糙化的Si掺杂TiO₂纤维；

(2)按摩尔比1-1.5∶1∶5.5-7的比例分别称取M(NO₃)₃(如In(NO₃)₃、Fe(NO₃)₃、Y(NO₃)₃)、乙酰丙酮氧矾和步骤(1)得到的表面粗糙化的Si掺杂TiO₂纤维；将M(NO₃)₃和乙酰丙酮氧钒先后完全溶于无水乙醇中，混合均匀，制得MVO₄前驱液；再加入表面粗糙化的Si掺杂TiO₂纤维，超声振荡30分钟-60分钟，得到多相混合液；

(3)将上述多相混合液转移至微波水热反应釜中，并将微波水热反应釜置于微波消解仪中，于120-160℃保温30分钟-60分钟；待反应完成后，冷却至室温过滤，将滤出物用水和无水乙醇分别清洗3次，获得MVO₄与TiO₂纤维复合前驱体；

(4)将步骤(3)获得的MVO₄与TiO₂纤维复合前驱体在真空干燥箱中80℃干燥12小时，获得异质结型MVO₄(如：M＝In、Fe、Y)与TiO₂复合光催化纤维。

该复合光催化纤维产物以表面粗糙化处理的Si掺杂TiO₂纤维为基底材料，在表面自组装生长具有可见光催化活性的MVO₄(如：M＝In、Fe、Y)新相纳米晶颗粒。