[发明专利]一种聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂及其制备方法

说明书

        

技术领域

本发明涉及聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂及其制备方法，属于新型光催化材料的制备领域。

背景技术

在氧化物半导体中, 锐钛矿型纳米二氧化钛光催化活性是最强的, 且具有良好的化学稳定性、抗磨损性、低成本、可以直接利用太阳光等优点，目前已被逐渐应用于废水处理、水纯化以及空气净化等环境领域。但由于其本身禁带宽度较大，光响应范围仅停留在紫外光区，而这部分能量仅占太阳光的不到4%，限制了工业化的应用。改性二氧化钛以克服上述缺点成为研究者的主攻方向。目前，常见的改性方法有：掺杂离子、贵金属的沉积、光敏化等技术，其中染料敏化是拓展二氧化钛半导体光谱响应范围、提高光电转化和光催化效率的一种有效方法。聚吡咯因其具有良好的环境稳定性以及在可见光区有很强烈的吸收而作为强的供电子体和优良的空穴传输材料，当用聚吡咯对二氧化钛进行表面敏化后，可使复合材料的光谱响应范围拓宽到可见光区，还可以提高光生电荷的分离效率，从而使复合材料表现出优良的光电转换性能。

近年来，随着合成技术和制备方法的进步，涉及具有特殊性质与功能的中空纳米微球光催化剂引起人们广泛关注，因为中空微球具有独特的物化性质，并已实现功能化，在催化、可控药物释放和人造细胞等领域具有广泛的应用前景。但是目前尚未见到有涉及聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂的报道。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种直径和二氧化钛膜层均可调的，可见光响应型的聚吡咯敏化中空状二氧化钛光催化剂及其制备方法。

本发明所述的一种聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂，包括载体及负载，所述载体为中空状二氧化钛[n1] ，在中空状二氧化钛微球表面负载聚吡咯。    上述聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂由以下方法制备而成：

1）将0.05~0.5 g/ml的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度150~200 ℃下水热4~12 h制备成碳球；

2）通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成二氧化钛溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤1）制备的碳球表面形成C/二氧化钛微球，钛酸丁酯和碳球的质量比为5:1~20:1；

3）在350~650 ℃下煅烧步骤2）制备的C/二氧化钛微球2 h，获得中空状二氧化钛微球；

4）通过化学原位聚合法在盐酸浓度为0.5~1.5 mol/l的溶液中将吡咯氧化成聚吡咯，并通过搅拌将其负载到步骤3）制备的中空二氧化钛微球表面，合成体系中吡咯和中空二氧化钛微球的摩尔比为1:100~1:25，最终制备一种聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1）  本发明具有制备简单，成本低，环境友好等优点。

2）  呈中空状，与纯二氧化钛微球相比具有其不可比拟的优势。

3）  可见光响应型光催化剂，有利于后续在工业应用中利用太阳光降解污染物；而传统光催化剂只能利用紫外光，相比之下本发明可以降低工业应用成本。

4）  本发明制备的中空状微球直径可调，且二氧化钛膜层厚度可调，尺寸为纳米级，并可以根据不同需求，制备所需要的聚吡咯敏化的中空状二氧化钛光催化剂。

附图表说明

    图1为本发明所涉及的聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂的透射电镜图。

具体实施例 实施例1

1）将0.05 g/ml的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度180 ℃下水热8 h制备碳球；

2）通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成二氧化钛溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤1）制备的碳球表面，钛酸丁酯和碳球的质量比为10:1，制备C/二氧化钛微球；

3）在450 ℃下煅烧步骤2）制备的C/二氧化钛微球2 h，获得中空状二氧化钛微球；

4）通过化学原位聚合法在盐酸浓度为1 mol/l的溶液中将吡咯氧化成聚吡咯，并通过搅拌将其负载到步骤3）制备的中空二氧化钛微球表面，合成体系中吡咯和中空二氧化钛微球的摩尔比为1:100，最终制备一种聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂。

 

实施例2：

1）将0.15 g/ml的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度180 ℃下水热8 h制备碳球；

2）通过溶胶-凝胶法将一钛酸丁酯水解成二氧化钛溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤1）制备的碳球表面，钛酸丁酯和碳球的质量比为10:1，制备C/二氧化钛微球；