[发明专利]一种体相掺杂纳米光催化材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种体相掺杂纳米光催化材料，其特征在于：该光催化材料为具有光生电荷存储与释放能力的金属元素体相掺杂的二氧化钛基纳米材料，掺杂元素在光照条件下能够存储光生电荷并能够在无光照条件下将所存储的光生电荷释放并生成活性基团，使该光催化材料在无光照条件下继续保持活性，从而使得该体相掺杂纳米光催化材料实现连续工作。

2.按照权利要求1所述的体相掺杂纳米光催化材料，其特征在于：所述具有光生电荷存储与释放能力的金属元素为钨、钼和钒元素中的一种或几种。

3.按照权利要求2所述的体相掺杂纳米光催化材料，其特征在于：所述具有光生电荷存储与释放能力的金属元素均匀掺杂于二氧化钛晶格中，其中，具有光生电荷存储与释放能力的金属元素的原子百分含量为0.1-20％。

4.按照权利要求1所述的体相掺杂纳米光催化材料，其特征在于：所述二氧化钛基纳米材料是指尺寸为纳米级别的掺杂二氧化钛材料，二氧化钛的晶相为锐钛矿相、金红石相或板钛矿相。

5.按照权利要求1-4任一所述的体相掺杂纳米光催化材料的制备方法，其特征在于：该方法是利用体相掺杂的技术手段，将具有光生电荷存储与释放能力的金属元素均匀掺杂进二氧化钛晶体中，获得所述体相掺杂纳米光催化材料。

6.按照权利要求5所述的体相掺杂纳米光催化材料的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

(1)将具有光生电荷存储与释放能力的金属和金属钛按照所需比例混合，在2000-4000℃条件下反复熔炼三次以上，使其混合均匀，得到合金锭；将合金锭按照5-10℃/min的升温速率升温，升温至1000-1500℃进行均匀化退火，保温3-10h；合金锭进行均匀化退火后，直接淬火至室温，得到单相合金；

(2)将步骤(1)所得单相合金进行氧化处理，获得无定形二氧化钛基纳米材料；所述氧化处理采用电化学阳极氧化、化学腐蚀氧化或气相氧化方式处理；

(3)将步骤(2)得到的无定形二氧化钛基纳米材料进行晶化处理，晶化处理过程为：按照1-3℃/min的升温速率升温至晶化温度450-800℃，保温时间为2-3h；晶化处理后即得到所述体相掺杂纳米光催化材料。

7.按照权利要求6所述的体相掺杂纳米光催化材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述电化学阳极氧化方法具体指将步骤(1)所得单相合金放在含氟电解液中，在工作电压为5-60V的条件下氧化5min-12h，在合金表面氧化生长出无定形二氧化钛基纳米薄膜；所述化学氧化方法具体指将步骤(1)所得单相合金放在含氟腐蚀氧化液中，70-180℃条件下，反应1-12h，在合金表面氧化生长出二氧化钛基纳米材料；所述气相氧化方法具体指将步骤(1)所得单相合金悬空置于密闭反应釜内，利用反应釜内HNO₃水溶液或HF水溶液的热蒸汽氧化，在150-180℃条件下反应1-12h，在合金表面氧化生长出二氧化钛基纳米材料。

8.按照权利要求7所述的体相掺杂纳米光催化材料的制备方法，其特征在于：所述含氟电解液是将氢氟酸或氟化铵溶解于混合溶剂中获得的溶液，其中：所述混合溶剂为乙二醇与水按照0:100-99:1的重量比例混合而成，含氟电解液中氢氟酸或氟化铵的含量为0.1-2wt.％；所述含氟腐蚀氧化液是将氢氟酸、氟化铵或氟化钠溶解于HNO₃的水溶液中获得的溶液，所述含氟腐蚀氧化液中F^-浓度为0.01-1.0mol/L，HNO₃的质量分数为30％-65％；所述气相氧化方法中采用的HNO₃水溶液或HF水溶液的浓度为0.01-1.0mol/L。

9.按照权利要求1所述的体相掺杂纳米光催化材料的应用，其特征在于：该光催化材料应用于对环境中污染物的连续净化。

10.按照权利要求9所述的体相掺杂纳米光催化材料的应用，其特征在于：应用过程为：首先利用太阳光照射1-10h，在关闭光照后的1-10h内，能够降解水中10-80％的有机染料或者杀灭环境中10-90％的细菌。