[发明专利]羧基化金属富勒烯修饰二氧化钛的复合材料、制法及应用

说明书

本发明实施例涉及一种羧基化金属富勒烯修饰二氧化钛的复合材料、制法及应用。该复合材料通过包括羧基化金属富勒烯衍生物和表面带有羟基的TiO₂的原料制备而成，所述羧基化金属富勒烯衍生物和所述表面带有羟基的TiO₂通过酯键相连，所述酯键是羧基化金属富勒烯衍生物中的‑COOH和二氧化钛的表面‑OH形成的。羧基化金属富勒烯衍生物结构稳定，在可见光区有特征吸收，光响应范围广，能级结构与TiO₂匹配度高，通过在二氧化钛表面修饰羧基化金属富勒烯衍生物，可简便、高效的实现光生电子‑空穴对的分离，操作性强。

技术领域

本发明涉及光催化领域，尤其涉及羧基化金属富勒烯衍生物修饰二氧化钛的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)因其强氧化性、无毒性、光和化学稳定性以及廉价等优点而成为最理想的环境治理光催化材料。TiO₂能够将污染物较快地完全氧化为CO₂和H₂O等无害物质，可以实现水中微污染物的安全、高效、选择性的捕获和降解。正是由于这些优异的性能，使得TiO₂在降解水中的烃类、卤代物、羟酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等方面应用广泛。

但二氧化钛的应用存在两个关键的技术难题，这些技术难题制约着光催化降解这一技术的大规模实际应用。首先是对太阳能的利用率较低，常用的二氧化钛禁带宽度为3.2eV，光谱相应范围较窄，光吸收波长主要集中在紫外区(λ<387nm)，而辐射到地面的紫外光部分仅占太阳光的3％左右，二氧化钛无法利用太阳能的可见光部分，所以对太阳光的有效利用率很低；其次是由于光生载流子的复合率很高，导致量子效率较低，常用的二氧化钛催化剂的量子效率只有4％左右，难以处理数量大、浓度高的工业废水和废气。因此，构筑稳定高效且具有可见光活性的新型光催化材料就成为当前光催化降解领域研究的重中之重。

金属富勒烯物理化学性质极为丰富，具有良好的光学特性和量子特性，并且其种类繁多，碳笼的点群对称性也纷杂多变，其高度离域的大π共轭系统能够加快电子传输，具有优异的电子迁移特性。然而，选择合适的金属富勒烯可控的修饰到纳米材料上，形成催化性能高、可大规模应用的复合材料的研究才初见端倪。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

技术问题

为解决现有的TiO₂光催化材料的吸光效率低、光能的利用率低、电子-空穴复合快的问题，本发明的目的在于提供一种结构新颖的羧基化金属富勒烯衍生物修饰TiO₂的复合材料及其制备方法和应用。该复合材料作为光催化剂使用时，光谱吸收范围广、电子-空穴复合几率低。

解决方案

为实现本发明目的，本发明实施例提供一种羧基化金属富勒烯衍生物修饰TiO₂的复合材料，其通过包括羧基化金属富勒烯衍生物和表面带有羟基的TiO₂的原料制备而成，所述羧基化金属富勒烯衍生物和所述表面带有羟基的TiO₂通过酯键相连，所述酯键是羧基化金属富勒烯衍生物中的-COOH和二氧化钛的表面-OH形成的。

羧基化金属富勒烯衍生物中的-COOH失去-OH、二氧化钛在水中形成的表面-OH失去-H后发生反应形成酯键相连，获得复合材料。

本发明实施例还提供了一种羧基化金属富勒烯衍生物修饰TiO₂的复合材料的制备方法，其包括以下步骤：