[发明专利]二氧化钛复合光催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化钛复合光催化剂及其制备方法；所述制备方法以聚多巴胺载体为模板，经煅烧后即可制备得到N掺杂的、中空且具有孔道的二氧化钛壳层，制备方法简单，然后在中空的二氧化钛壳层的外表面负载石墨烯，得到的二氧化钛复合光催化剂包括中空的二氧化钛壳层和石墨烯，石墨烯负载于二氧化钛壳层的外表面，且二氧化钛壳层具有孔道，二氧化钛壳层中掺杂有N元素，该二氧化钛复合光催化剂具有太阳光利用率高、催化活性高、使用寿命久等特点。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，特别是涉及二氧化钛复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

TiO₂由于其良好的化学稳定性、低毒性、低成本和氧化还原性能，在光催化、太阳能电池及生物材料等领域有着广泛的应用前景。有关纳米TiO₂的光催化剂产品已经广泛应用于室内空气净化、汽车内污染、水质净化等方面。但是，TiO₂的禁带宽度较宽(3.20eV)，并且只能吸收紫外光，而紫外光只占太阳光谱中的3％～5％，其对太阳光的利用率很低。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种二氧化钛复合光催化剂及其制备方法；所述制备方法得到的二氧化钛复合光催化剂对太阳光的利用率高、催化活性高、使用寿命久。

一种二氧化钛复合光催化剂的制备方法，包括：

提供聚多巴胺载体，含钛源和第一溶剂的第一溶液以及含碱和第二溶剂的第二溶液；

将所述聚多巴胺载体与所述第一溶液混合，并加入所述第二溶液，于第一温度下反应，使得所述钛源反应形成二氧化钛并包覆于所述聚多巴胺载体表面，得到第一预制体；

将所述第一预制体于第二温度下煅烧，得到第二预制体，所述第二预制体包括中空的二氧化钛壳层，所述二氧化钛壳层具有孔道，且所述二氧化钛壳层中掺杂有N元素；

提供含还原性糖和氧化石墨烯的第三溶液，将所述第三溶液与所述第二预制体混合，于第三温度下反应，以在第二预制体的外表面负载石墨烯，得到二氧化钛复合光催化剂。

进一步地，第二溶液中，所述碱与所述第二溶剂的体积比为1:(4～8)。

进一步地，所述钛源与所述聚多巴胺载体的比例为1mL:20mg～40mg。

进一步地，所述第一溶液与所述第二溶液的体积比为(1.5～2.5):1。

进一步地，所述第一温度为40℃～60℃。

进一步地，所述第二温度为400℃～600℃。

进一步地，所述第二预制体与所述氧化石墨烯的质量比为(40～60):1。

进一步地，所述第三溶液中还包括氨水。

进一步地，所述第三温度为150℃～180℃。

一种二氧化钛复合光催化剂，所述二氧化钛复合光催化剂由上述制备方法制备得到，包括中空的二氧化钛壳层和石墨烯，所述石墨烯负载于所述二氧化钛壳层的外表面，且所述二氧化钛壳层具有孔道，所述二氧化钛壳层中掺杂有N元素。

本发明的制备方法中，采用聚多巴胺作为载体，聚多巴胺具有极强的粘附性、良好的分散性和稳定性，所以，钛源水解产生的二氧化钛会吸附在聚多巴胺表面，形成二氧化钛包覆聚多巴胺的核壳结构的第一预制体。在煅烧后，第一预制体中的聚多巴胺分解，形成中空、且具有孔道的二氧化钛壳层，使得二氧化钛壳层可以凭借其多次光反射，高比表面积等特殊性质，提高催化活性。同时，聚多巴胺的分解会残留N元素，N元素在煅烧过程中会掺杂于二氧化钛壳层中，而N元素能通过收窄二氧化钛的能带间隙宽度，使其光响应范围从紫外区域红移到可见光区域，进一步提高其光催化活性。