[发明专利]用于可见光降解有机染料的钛酸镍催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，尤其涉及一种用于可见光降解有机染料的钛酸镍催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化是一项利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用的技术，通过这种手段几乎可以分解所有对人体和环境有害的有机物质，同时不会造成资源的浪费与附加污染的形成。由于这些优异的性能，许多紫外光响应的光催化剂比如TiO₂，ZnO得到了广泛的关注和研究，然而紫外光在照射到地球表面的太阳光中的比例不到5%，这大大限制了这类催化剂的实际应用。近年来，一些可见光响应的光催化剂包括CdS、Fe₂O₃、WO₃等，引起了研究者极大的兴趣，虽然它们展现了一定程度的光催化活性，但这些材料本身的氧化和不稳定性导致无法达到实际应用的要求。

在这些光催化材料中，钙钛矿类氧化物自身具有稳定的结构，在紫外与可见光照射下都表现出良好的光催化活性。其中钛酸镍（NiTiO3）属于钛铁矿结构的三角晶系，具有高Q值、低介电常数与良好的光电性质，因而具有广泛的应用潜力，其中包括，半导体整流器、烃类脱氢加硫催化剂、湿敏传感器、高温环境下减小摩擦的包覆材料等。此外，钛酸镍作为一种窄带隙（2.18eV）的半导体材料，在可见光区有良好的光响应，在光催化方面有着诱人的应用前景。传统钛酸镍的制备方法，包括固相烧结法、共沉淀法、溶胶凝胶法等，这些过程面临着一些问题：需要复杂的操作，有毒组分的加入；过高的反应温度（＞1000℃），反应消耗大；长时间的烧结过程会使颗粒结块，得到产物的尺寸过大且没有固定的形貌。大量研究表明，有效地控制纳米材料的形貌与结构对改善纳米材料的电学、光学、催化等性能有着重要的作用，因此寻求新的途径合成具有特殊结构的钛酸镍晶体，同时简化操作，降低反应温度变得非常必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可见光降解有机染料的钛酸镍催化剂及其制备方法，该催化剂可以在可见光照射下，进行有机染料的催化降解，并且表现出优异的催化活性和稳定性，而且降低了工业制备的成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于可见光降解有机染料的钛酸镍催化剂，该钛酸镍催化剂具有以二氧化硅纳米球为内核，结晶钛酸镍为外壳，中间为空心的核壳结构。

一种上述用于可见光降解有机染料的钛酸镍催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）合成SiO₂纳米球：取8～10mL的正硅酸乙酯加入100mL无水乙醇中，室温下搅拌均匀，量取100mL无水乙醇、60mL去离子水和15～20mL质量百分比为28%的浓氨水，混合均匀后加入上述溶液，室温下搅拌5～10小时，得到SiO₂纳米球，用去离子水与无水乙醇交替洗涤后干燥备用；

（2）合成SiO₂TiO₂纳米球：称取0.3～0.5g的SiO₂纳米球，溶解在200mL的无水乙醇中，加入1.5～2mL的质量百分比为28%的浓氨水，随后向溶液中滴入2～4mL钛酸丁酯，于50～70℃下反应2～5小时，得到SiO₂TiO₂纳米球，用去离子水与无水乙醇交替洗涤后干燥备用；

（3）合成SiO₂TiO₂Ni(OH)₂纳米球：称取0.3～0.5g的SiO₂TiO₂纳米球，超声分散在100mL的乙醇与去离子水按0.8～1.2:1的体积比混合的溶液中，加入0.55~0.87g的Ni(NO₃)₂·6H₂O，随后加入0.025～0.05g的聚乙烯吡啶烷酮，用质量百分比为28%的浓氨水调节PH为9.5～11，搅拌均匀，密封后，于110～150℃下反应4～10h，得到SiO₂TiO₂Ni(OH)₂纳米球，用去离子水与无水乙醇交替洗涤后干燥备用；

（4）合成SiO₂NiTiO₃纳米球：称取0.3～0.5g之前制备得到的SiO₂TiO₂Ni(OH)₂纳米球，放入马弗炉中，于700～900℃灼烧4～10h即可得到用于可见光降解有机染料的钛酸镍催化剂。