[发明专利]一种两相TiO2

说明书

本发明提供了一种两相TiO₂纳米管光催化剂及其制备方法和应用，属于光催化剂材料制备领域。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：在室温条件下，将钛酸纳米管和酸溶液混合进行质子化，得到质子化的产物；将所述质子化的产物依次进行洗涤和干燥，得到两相TiO₂纳米管光催化剂；所述干燥的温度为80～170℃。本发明通过将钛酸纳米管与酸溶液充分混合，进行质子化，在低温条件下干燥，制备得到包括钛酸纳米管和锐钛矿纳米粒子的两相TiO₂纳米管光催化剂。且本发明提供的制备方法操作简单，安全无污染。

技术领域

本发明属于光催化剂材料制备领域，具体涉及一种两相TiO₂纳米管光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术(PhotocatalysisTechnology)是催化化学、光化学、半导体物理、材料科学和环境科学等学科的交叉研究领域。光催化以其室温深度反应和直接利用光源来驱动反应等独特性能成为一种理想的污染物治理和洁净能源的生产技术。光催化技术和常规反应技术相比，具有高效、快速、灵活、易控制、成本低等特点。在众多的光催化剂中，二氧化钛因其具有高效的光催化活性、较好的化学稳定性、安全无毒、易于生产、不产生二次污染等优点，被广泛应用于水和空气污染物处理。在多数光催化剂对有机污染物进行氧化降解的过程中，主要是利用了羟基自由基的产生及其一系列反应。二氧化钛作为光催化剂，在紫外或者可见光下，可以将溶于水的有机污染物分解成二氧化碳、水和其它小分子；当二氧化钛所吸收光的能量≥3.2eV时，价带电子会获得光子的能量而跃迁至导带形成带负电荷的光生电子(eˉ)，而价带上相应的生成带正电荷的空穴(h⁺)，二氧化钛表面的光生电子(eˉ)容易被水中溶解的氧等氧化性物质所捕获，而空穴(h⁺)则可氧化二氧化钛表面吸附的有机物或者先将TiO₂表面的OHˉ和H₂O分子氧化成·OH，·OH的氧化能力是水体系中最强的，可以将溶解在水中的大部分的有机污染物分解为CO₂，H₂O等无害物质。但目前，在TiO₂材料的研究中，还存在一些制约其现实应用的因素，如：(1)光生电子-空穴的复合率高，量子产率低；(2)TiO₂光吸收波段在紫外光范围，无法有效利用可见光；(3)制备过程复杂等技术问题。

很多研究表明，采用有机染料光敏化、贵金属沉积、掺杂、多种半导体复合等方法对二氧化钛进行改性，可以提高光子的利用率以及降低光生电子-空穴的复合几率，但是这些方法存在反应稳定性低及制备过程繁琐等缺陷。二氧化钛基光催化剂中，锐钛矿/金红石混相二氧化钛比单一晶型的锐钛矿和金红石具有更高的光催化活性，这是因为混晶结构中，不同晶型TiO₂颗粒具有不同的能带位置，在光催化过程中，光生电子由锐钛矿向金红石转移抑制了光生电子-空穴对的重合，从而使光生电子-空穴有效分离。另外，由于不同晶型的TiO₂在结基元连接的过程中形成的缺陷增多，俘获光生电子和空穴的陷阱增多，从而增大了光催化效率。

在现有技术中，如“Yan Y,Qiu X,Wang H,et al.Synthesis of titanate/anatase composites with highly photocatalytic decolorization of dye undervisible light irradiation[J].Journal of Alloys and Compounds,2008,460(1-2):0-495.”将钛酸钠纳米管和硝酸在水热(高温高压，115～175℃)条件下反应形成两相，该制备工艺复杂，生产成本高。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种两相TiO₂纳米管光催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法可在低温条件下制得具有较大比表面积的两相TiO₂纳米管光催化剂，方法简单，生产成本低。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：