[发明专利]一种钛-氧材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种钛‑氧材料的制备方法及其应用。一种钛‑氧材料的制备方法，包括：在无氧的环境中，依次采用带电粒子和γ射线辐照制备原料；所述制备原料包括钛氧化合物和自由基淬灭剂。本发明的钛‑氧材料的制备方法，由于依次进行了带电粒子辐照和γ射线辐照，因此氧空位分布在钛‑氧材料的体相和表面，从而可提升所得钛‑氧材料的催化活性。

技术领域

本发明属于催化工程技术领域，具体涉及一种钛-氧材料的制备方法及其应用。

背景技术

环境污染和能源危机是阻碍科技发展的关键问题；光催化技术是解决上述问题的有效途径之一，开发高效、经济的光催化剂至关重要。

二氧化钛(TiO₂)是一种半导体材料，具有光电化学稳定性好、环境友好、生物相容性好、成本低和氧化还原能力高等优点，因此在光电、生物医学和光催化等领域具备巨大的应用潜力，在过去的几十年里受到了研究者广泛的关注。

在TiO₂纳米材料中引入缺陷可有效拓宽其光吸收范围，并提高其光生载流子的分离效率。在已发现的缺陷中，氧空位的含量及分布对TiO₂光催化性能的影响至关重要。一般认为，表面和次表面的缺陷能充当催化反应的活性位点，对半导体材料的光催化性能有促进作用；然而，表面缺陷尤其是氧空位极易被空气和溶液中的氧化性物质(例如氧气)氧化，形成光腐蚀，进而大大降低光催化剂的稳定性。与之相反，体相氧空位则通常扮演光生载流子复合中心的角色，若浓度过高，会抑制半导体材料的光催化性能。

传统技术中，制备氧空位型半导体材料的方法主要有高温高压纯氢气还原法、置换反应法、激光合成法。上述方法，一方面对设备要求高，制备过程成本高，存在一定的安全隐患，易引入难以消除的杂质元素；另一方面，氧空位的含量及分布难以控制。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种钛-氧材料的制备方法，由于依次进行了带电粒子辐照和γ射线辐照，因此氧空位分布在钛-氧材料的体相和表面，从而可提升所得钛-氧材料的催化活性，且不会引入复杂杂质。

本发明还提出一种由上述制备方法制备的钛-氧材料。

本发明还提出一种包含上述钛-氧材料的催化剂。

本发明还提出一种上述催化剂在光催化中的应用。

根据本发明的一个方面，提出了一种钛-氧材料的制备方法，包括：

在无氧的环境中，依次采用带电粒子和γ射线辐照制备原料；

所述制备原料包括钛氧化合物和自由基淬灭剂。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的制备方法中，带电粒子具有电离能力强、穿透力弱的特点，因此辐照过程中可在钛氧化合物表面产生氧空位，γ射线具有电离能力弱、穿透力强的特点，因此辐照过程中可在钛氧化合物体相中产生氧空位；

因此，本发明采用不同种类辐射源进行组合辐照，可以得到氧空位分布范围可调的钛-氧材料；通过调整两次辐照的剂量，还可获得氧空位分布及含量可调的钛-氧材料；调节更加灵活，解决了传统技术中，氧空位分布、含量不可调的问题；

表面氧空位和体相氧空位相互协调，克服了单纯的表面氧空位易腐蚀及单纯体相氧空位抑制半导体材料光催化性能的问题，整体提升了所得钛-氧材料的光催化性能。

(2)由于钛氧化合物表面产生氧空位后会产生晶相无序，所以产生表面氧空位后更易产生体相氧空位，因此发明中带电粒子辐照在产生表面氧空位的基础上，还对体相氧空位的产生起到了促进作用。