[发明专利]掺杂金属离子的纳米介孔SiO2-TiO2复合光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机金属氧化物制备领域，特别涉及掺杂金属离子的纳米介 孔SiO₂-TiO₂复合光催化材料的制备方法。

背景技术

纳米TiO₂作为功能性的无机材料，在涂料、光电转换、催化、功能陶瓷、 抗菌材料等诸多领域具有广泛的应用前景，其合成及应用研究一直是相关功 能材料领域研究的重点。这其中，以纳米氧化钛作为光催化剂的半导体光催 化技术是一种有效脱除化学污染物的新兴环保技术，它能够加速氮氧化合物 与硫化物的降解过程。即利用固体半导体光催化材料受光激发产生的空穴， 夺取NO_x体系中的电子，使其活化而氧化成NO₃^-留在催化剂表面，从而固化 雾霾的NO_x源。在道路交通空间应用光催化降解材料，如利用光催化材料对 路面材料进行改性处理，或是通过光催化材料制作出涂料，可以使路面涂料、 道路设施材料的具备降解尾气中有害物质，减少尾气对大气的污染效果，是 移动源尾气净化的末端治理的有效方法。

研究表明，在TiO₂晶格中掺入少量金属离子，能够在TiO₂表面产生缺 陷，该缺陷成为光生电子和空穴的捕获阱，能够有效降低光生电子和空穴复 合，提高光生载流子效率。另外，由于掺杂金属离子能够在TiO₂价带与导带 之间形成一个新的掺杂能级，降低TiO₂的禁带宽度，进而增强催化剂的可见 光活性。

然而，半导体光催化将NO_x氧化为NO₃^-的反应，要经过许多中间步骤，会 有一些有害的中间产物生成，如部分的NO被氧化为NO₂，并被释放出来，这 对环境是有害的，会促进光化学烟雾的形成。而将光催化技术与吸附技术结合 在一起，是解决这一问题的主要解决方案。高吸附材料对NO及NO₂吸附，使 得经半导体光催化氧化NO生成的NO₂在产生的瞬间即被吸附并进一步被氧化 为NO₃^-，从而避免了中间产物NO₂的释放。

目前，用于与纳米氧化钛复合的高吸附性材料主要包括活性炭、分子 筛等材料，但是活性炭材料由于不透光，对负载光催化材料的利用率较低。 而采用分子筛作为载体，存在成本较高，同时后负载工艺很容易堵塞管道 的问题。因此，直接合成掺杂了金属离子的高性能纳米氧化硅-氧化钛复 合光催化材料具有重要的研究意义。目前，相关材料合成方法一般采用分 别合成氧化硅与氧化钛材料，再复合的工艺，步骤繁杂，且存在后续氧化 硅与氧化钛无法有效复合的问题。其主要原因在于，氧化钛晶化通常需要 高温烧结，而氧化硅一般可在液相直接水解即可，因此，液相直接合成复 合结构存在困难。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明的一个目的在于提供一种简单易控，效果 良好，适于大规模工业生产的制备掺杂金属离子的纳米介孔SiO₂-TiO₂复合光 催化材料的方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明的掺杂金属离子的纳米介孔SiO₂- TiO₂复合光催化材料的制备方法包括以下步骤：

1)可控水解制备掺杂金属离子的原钛酸沉淀

将钛无机盐和作为掺杂剂的金属无机盐共同溶于水中，形成混合溶液，其 中掺杂金属离子与钛离子的摩尔比值为0.002∶1至0.3∶1，并且将混合溶液中的 Ti⁴⁺离子浓度调整为0.01～0.50mol/L；将无机碱加入到所述混合溶液中，使混 合溶液的pH值为5～11，得到金属氢氧化物与原钛酸的共沉淀，得到的沉淀经 纯化过程除去杂质。

2)过氧化氢-氨络合物制备