[发明专利]一种硫自掺杂型二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛光催化剂的制备方法，具体涉及一种非金属硫自掺杂型二氧化钛光催化剂的制备方法，属于光催化剂制备技术领域。

背景技术

由于二氧化钛(TiO₂)具有无毒、物理化学性质稳定、半导体光电特性良好和价格低廉等特性，使其在光催化降解污染物、光解水制氢和光伏电池等方面具有重大应用前景。然而，由于锐钛矿型TiO₂半导体的带隙较宽(3.2eV)，只能在紫外光区发挥其光催化活性，而紫外光仅占太阳光能量的5％左右，可见光却占太阳光总能量的43％，因此太阳能的利用效率受到限制。2001年Asahi等人发现氮掺杂TiO₂具有良好的可见光活性(R.Asahi,et al.,Science,2001,293,269.)，该研究为扩展TiO₂在可见光区的应用和提高光催化效率提供了机遇，这使非金属掺杂迅速成为该领域的研究热点。与氧元素相比，硫元素(S)具有小的电负性和高的2p轨道能量，若S元素在TiO₂中取代O的位置，则可以减小TiO₂能隙，使其光响应波长扩展到可见光区。因此，S掺杂成为非金属掺杂TiO₂的重要选择之一。

中国专利文献CN101053839A公开了一种具有锐钛矿结构的硫掺杂二氧化钛光催化剂水热制备方法，其首先将一定量的钛酸丁酯、去离子水、无水乙醇、三乙醇胺和硫脲搅拌混合，得到纳米粉体先驱液，然后将上述纳米粉体先驱液放入反应釜进行水热反应，经2-5小时后停止加热，冷却至室温、洗涤、干燥得到上述硫掺杂二氧化钛光催化剂。该催化剂的制备过程中采用钛酸丁酯作为钛源，采用硫脲作为硫源在碱性环境下制备出硫掺杂二氧化钛光催化剂，是一种外掺杂型制备方法，生成的光催化剂活性偏低，在可见光照射下进行光催化降解实验，降解率达80％时，其所需时间达180min之久；另外该方法虽然在一定程度上扩展了TiO₂光响应范围，提高了其光催化效率，但是由于前驱物较多、制备工艺较复杂，而且可能引入外来污染物，碱性条件对设备要求高也不利于环境保护，难以实现大规模生产。

发明内容

为解决现有技术中硫掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法污染严重环保性不佳，及制备得到的硫掺杂二氧化钛光催化剂活性偏低的问题，进而提供一种活性高、环保性好、污染低的硫的自掺杂型二氧化钛光催化剂的制备方法。

为此，本申请采取的技术方案为，

一种硫自掺杂型二氧化钛光催化剂的制备方法，包括，(1)将二硫化钛粉体反应源与水充分混合，得到二硫化钛悬浊液；(2)将所述二硫化钛悬浊液转移至高压反应釜中，在120-180℃下反应4-12小时；(3)所述步骤(2)反应结束后，冷却到室温，洗涤反应产物并烘干得到硫自掺杂型二氧化钛光催化剂。

上述硫自掺杂型二氧化钛光催化剂的制备方法中，所述步骤(3)中，烘干温度为60-80℃。

上述硫自掺杂型二氧化钛光催化剂的制备方法中，所述步骤(1)中，所述二硫化钛反应源的用量为每18克水中加入0.05-0.5克。

上述硫自掺杂型二氧化钛光催化剂的制备方法中，所述步骤(1)中采用的水为去离子水。

与现有技术相比，本发明具有如下优点，

(1)本发明所述制备方案所使用原料简单环保，产物单一，易分离提纯。制备方法简单，避免了高温操作和复杂工艺，反应条件温和，操作安全可控，简化了已有硫掺杂二氧化钛光催化剂的制备工艺，易于大规模生产。

(2)采用本发明的方法制备得到的二氧化钛光催化剂中TiO₂中的部分O原子被S原子替代，得到硫自掺杂型二氧化钛光催化剂，在可见光下具有稳定高效的光催化活性，在该催化剂的作用下，可见光照射罗丹明B染料60分钟，使其降解率高达80％。

附图说明

为了使本发明的内容更容易清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细说明，其中

图1是实施例1-4制备得到的硫掺杂二氧化钛光催化剂的X射线衍射图；

图2是实施例1所得硫掺杂二氧化钛光催化剂中硫元素的X射线光电子能谱图；

图3是纯二氧化钛和本发明实施例1-3所得硫掺杂二氧化钛光催化剂的紫外-可见漫反射吸收光谱图；

图4是实施例1所得硫掺杂二氧化钛光催化剂的扫描电镜形貌图；