[发明专利]一种中空微球结构的铋/二氧化钛光催化降解材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种具有中空微球形貌的Bi掺杂TiO₂光催化材料的合成方法。该材料以中空微球形貌结构的TiO₂半导体材料为前驱体，采用浸渍焙烧法制备了铋元素掺杂的TiO₂中空微球结构材料；该材料具有较大的表面积，能够提供大量的光催化活性位点和吸附更多水溶液中甲基橙等有机污染物，同时，Bi掺杂将TiO₂的光响应范围变宽到可见光区，降低了微球表面生成氧空位所需的能量，从而激发的光生电子更多。并且，本发明所制备的具有中空微球形貌的Bi掺杂TiO₂材料被证明具有较好的甲基橙(MO)降解效果。另外，本发明的制备方法工艺条件温和、成本低廉，适合大规模生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体光催化材料技术领域，具体地说，涉及一种可以提高可见 光光催化降解污染物活性的中空微球结构二氧化钛复合材料及其制备方法和应 用。

背景技术

随着社会经济的快速发展，能源短缺和环境污染等问题也日益显现。半导体 光催化技术作为一门新兴技术，不仅能够光催化分解水产氢作为清洁能源，而且 还可以光催化降解污染物，越来越受到人们的普遍关注。光催化材料的合成方法 是决定光催化材料的性能和应用价值的关键因素之一，经过不同途径合成出来的 光催化材料在结构，形貌，尺寸等方面都会有一定程度的影响，而这些也会进一 步使得光催化性能产生差异。

Ma等人制备了一种可见光光催化Bi-TiO₂/SBA-15材料，并进行了光降RhB的 研究，实验结果表明适当的铋掺杂可以通过减少的电子-空穴复合而增强光电流， 通过减少带隙提高了在可见光下的光催化活性，但所制备材料没有产生特殊的形 貌结构，并且制备过程涉及SAB-15、TiO2/SAB-15以及Bi-TiO2/SBA-15的合成三 大步，制备过程较为繁琐，不适宜工业化生产；Zeng等人设计了一种水相合成方 法来制备具有高均匀性的掺杂锡4+的锐钛矿和金红石二氧化钛的空心纳米球。通 过调节TiF₄和SnF₄的比例，来调节纳米球中的Sn含量。分析表明，随着掺杂浓度 的提高，Sn⁴⁺离子可以线性地加入到二氧化钛晶格中，并伴随着从锐钛矿到金红 石的相变，在此过程中注重强调了奥斯特瓦尔德成熟机制的作用，认为这是一种 简单的无模板的替代品来制备空心纳米结构，并且他们没有研究其可见光催化活 性；专利CN106395890A采用其一步水热合成法，将偏钒酸钠、硫酸氧钛与尿素加 入高压釜中与水反应，然后冷却、过滤、洗涤、干燥；煅烧后得到了钒掺杂二氧 化钛超薄中空结构微球，优势在于材料一步合成，但煅烧温度和时间只给出了范 围值并不精确，并未进行光催化性能测试；专利CN107308941A以硝酸镍为掺杂源， 利用模版法得到了多孔结构的TiO₂中空球，镍掺杂量分别在0.1-5％范围内调节， 合成步骤较为繁琐，且未进行光催化性能测试，不宜工业化生产。

在本发明中，我们首次提出了以TiO₂空心微球为前驱体，采用简单的浸渍焙 烧法制备了不同浓度Bi掺杂的TiO₂空心微球的光催化半导体材料及其在光催化 降解甲基橙(MO)中的应用。

发明内容