[发明专利]一种空心氮掺杂碳包裹二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种空心氮掺杂碳包裹二氧化钛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)制备二氧化硅球；(2)制备二氧化钛包裹二氧化硅球；(3)化学气相沉积法制备氮掺杂碳包裹二氧化钛；(4)制备空心氮掺杂碳包裹二氧化钛光催化剂。本发明的方法首次采用模板法和化学气相沉积法(CVD)相结合的方法制备空心氮掺杂碳包裹二氧化钛光催化剂；通过调整吡啶沉积时间和温度可以实现对氮掺杂碳材料的沉积厚度的调控。

技术领域

本发明属于过硫酸盐光催化材料制备的技术领域，具体涉及一种空心氮掺杂碳包裹二氧化钛光催化剂的制备方法。

背景技术

日益严重的水污染问题促进了国家和社会对各类水处理技术的需求和开发。近年来，基于过硫酸盐的高级氧化技术能原位产生具有高氧化性的活性物种，用于水中有机污染物的高效去除，因而受到了科研者的广泛关注。二氧化钛作为典型的光催化剂，具有价格低廉、无毒害、化学稳定性强、制备简单等优点。在光的照射下，二氧化钛能激活产生具有合适氧化还原电位的光生电子和空穴用于过硫酸盐活化，进而产生具有高氧化性的活性物质降解污染物。但是，未经改性的二氧化钛存在光生电子-空穴对的复合率高以及对可见光的利用率低等缺点，这极大的限制了其在光催化领域的应用。将二氧化钛与碳基材料进行复合，利用碳基材料的高导电性和大比表面积可以极大地提高光生电子-空穴对的分离效率。氮掺杂碳材料导电性能好，可以提高电子的传输速率，因而能减小电子和空穴的复合效率。此外，氮掺杂碳材料对污染物具有优异的吸附性能，并且其自身能高效激活过硫酸盐产生多种活性氧化物种，进而实现污染物的高效降解。

目前，为了提高二氧化钛光生电子和空穴的分离效率，已有大量关于二氧化钛和碳基材料复合型催化剂的制备方法被报道。例如，高温热解法、水热法、机械复合法等。高温热解法/水热法(参考文献1，2)将二氧化硅(参考文献3)作为模板，然后通过溶胶-凝胶法在其表面包裹二氧化钛(参考文献4)，再将碳源与二氧化钛混合均匀后进行高温热解/水热，去除模板，最后得到二氧化钛和碳材料复合的空心球；水热法(参考文献5)将石墨烯加入到水热合成二氧化钛的过程中，得到二氧化钛负载石墨烯的复合材料；机械复合法将已经制备好的二氧化钛和碳基材料进行机械复合，得到二氧化钛和碳基材料的复合催化剂。但是，这些制备方法得到的二氧化钛和碳基材料复合型催化剂具有以下缺点：1、二氧化钛与碳基材料的接触面积小；2、碳材料厚度难以调控等问题。

为解决上述问题提出本发明。

文献1：Yang,F.H.；Zhang,Z.A.；Han,Y.；Du,K.；Lai,Y.Q.；Li,J.TiO₂/carbonhollow spheres as anode materials for advanced sodiumionbatteries.Electrochimica Acta 2015,178,871-876.

文献2：Zhang,Z.W.；Zhou,Y.M.；Zhang,Y.W.；Sheng,X.L.；Zhou,S.J.；Xiang,S.M.A spontaneous dissolution approach to carbon coated TiO₂ hollow compositespheres with enhanced visible photocatalytic performance.Applied SurfaceScience 2013,286,344-350.

文献3：W.；Fink,A.；Bohn,E.Controlled growth of monodisperse silicaspheres in the micron size range.Journal of colloid and interface science 26,62-69(1968).