一种低温下制备可见光下响应TiO2光催化剂的方法

一种低温下制备可见光下响应tio2光催化剂的方法
技术领域
1.本发明涉及钛基光催化剂制备方法技术领域，尤其是一种低温下制备可见光下响应tio2光催化剂的方法。

背景技术：

2.tio2材料已成为各种应用中研究最广泛的光催化剂，与其他半导体材料相比，tio2在光催化反应中具有多个优势，如含量丰富、低毒性、化学和热稳定性，以及高抗光腐蚀性。由于这些特性使其在光催化领域中被广泛应用。但其也有不可避免的缺点，即它的宽带隙（3,2 ev），使其只能在紫外光区（小于390nm）应用，这导致太阳能利用严重不足（不到5%）。因此如何扩展它对光的吸收范围即是解决的关键问题。已有的手段包括金属掺杂，非金属掺杂以及半导体复等，然而，这些方法的缺点是所引入掺杂剂通常会成为电荷载流子复合中心，从而导致光催化活性降低。
3.相比较上述办法，最新研究表明，在tio2中引入ti
3+
或o空位等缺陷可通过抑制复合效应将光吸收扩展到可见光区域。通过在tio2中引入缺陷可以使二氧化钛由原来的白变为能利用更多光能的其他颜，现有的研究已经合成出黑或其它颜（例如，黄、蓝、绿、棕）的二氧化钛。伴随着颜变化tio2会表现出禁带变窄，光催化性能变强等特点。现在常采用合成黑二氧化钛的方法有如下几种：（1）在氢气氛围下通过调控温度或压力得到被还原的二氧化钛。（2）在氢化物存在的条件下可以在温和的条件下获得黑二氧化钛。（3）在氩气氛围下退火获得。（4）采用活泼金属或有机物（如咪唑和抗坏血酸）作为还原剂制备。（5）采用电化学还原方法制备。除了还原法之外，也可以采用氧化法，氧化法则是对钛的价位进行改变最终改变其光响应范围。尽管上述方法可以实现引入缺陷的目的，但是在具体的实施过程中却存在反应条件苛刻（如高温、高压）、危险性高、需要特殊的反应设备、特定的试剂等条件。这极大的增加了实施的难度，同时也增大了大规模工业化生产的难度。公布号cn 114345393 a公开了一种缺陷型二氧化钛/超薄氮化碳/缺陷型二氧化钛z型异质结光催化剂的制备方法，该方法中采用强还原剂进行还原得到有缺陷的tio2，因而，如何通过更加简单有效的方式进行缺陷tio2的制备是当前基于tio2光催化领域一个极为紧迫的问题。以上提及的方法尽管可以达到预定的目的，但是操作复杂，对设备和试剂也有一定的要求，且具有一定的危险性。探索更加简单、低能耗、容易实施的可见光响应tio2具有重要的现实意义，基于此，特提出本发明申请。

技术实现要素：

4.为解决现有制备方法需要在合成过程中，需要添加其他氧化剂或还原剂，反应条件比较苛刻（如高温高压、高温煅烧等）问题，本发明提供一种简化合成工艺，节约成本以及提供大批量生产tio2光催化剂的可能途径。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低温下制备可见光下响应tio2光催化剂的方法，包括如下步骤：
(1)称量一定量的h2tio3纳米管置于容器内，然后加入聚乙烯和聚乙烯醇，搅拌均匀；（2）将上述容器中充满氧气，然后转移至30-80摄氏度的水浴中，边搅拌边加热，反应3-15天；（3）反应完成后除去聚乙烯和聚乙烯醇便可得到可见光响应tio2。
6.优选方案为，步骤（1）所述h2tio3纳米管、聚乙烯和聚乙烯醇的质量比为1:0.1-1:0.1-1。
7.优选方案为，步骤（2）水浴温度为50摄氏度。
8.上述制备方法所得tio2光催化剂在光催化制氢、光催化还原二氧化碳及废水光催化降解、室内甲醛去除领域的应用。
9.本发明的有益效果体现在，提供一种改善光催化性能的策略，丰富了tio2光催化材料的制备方法，且该方法使合成工艺大大简化、使反应条件更加温和，且提升了合成质量、降低了工艺成本，为工业化、大规模生产提供了可能。
10.附图说明：图1为本发明可见光响应tio2的tem图；图2为tio2的紫外可见吸收光谱图；图3为反应前后tio2光催化剂的epr光谱对比图；图4为反应前后tio2光催化剂降解rhb性能对比图。
具体实施方式
11.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.请参阅图1-4所示，本发明提供的具体实施例如下：实施例1一种制备可见光下响应tio2光催化剂的方法，步骤如下：1.称量0.5 g h2tio3纳米管加入250 ml三口烧杯中，然后加入0.05g聚乙烯和0.05g聚乙烯醇，搅拌均匀；2. 将上述烧杯中充满氧气，然后转移至30摄氏度的水浴中，边搅拌边加热，反应3天；3. 反应完成后除去聚乙烯和聚乙烯醇便可得到可见光响应tio2。
13.如图1所示，可看出tio2催化剂呈管状结构，并有一定的聚集，纳米管的直径约为5-10nm。
14.实施例2一种制备可见光下响应tio2光催化剂的方法，步骤如下：1.称量0.5g h2tio3纳米管加入250 ml三口烧杯中，然后加入0.5g聚乙烯和0.5g聚乙烯醇，搅拌均匀；2. 将上述烧杯中充满氧气，然后转移至50摄氏度的水浴中，边搅拌边加热，反应
15天；3. 反应完成后除去聚乙烯和聚乙烯醇便可得到可见光响应tio2。
15.原料h2tio3纳米管呈白，在加入聚乙烯和聚乙烯醇并反应后，所得到的催化剂颜发生了明显的变化，由原来的白变为现在的黄。这种颜的变化经可能意味着催化剂内部结构的变化，同时也表明催化剂的光响应范围的变化。
16.实施例3一种制备可见光下响应tio2光催化剂的方法，步骤如下：1.称量0.5g h2tio3纳米管加入250 ml三口烧杯中，然后加入0.2g聚乙烯和0.4g聚乙烯醇，搅拌均匀；2. 将上述烧杯中充满氧气，然后转移至80摄氏度的水浴中，边搅拌边加热，反应10天；3. 反应完成后除去聚乙烯和聚乙烯醇便可得到可见光响应tio2。
17.本发明可实现在低温下借助催化剂内部氧迁移消耗，在tio2内部形成氧空位，从而达到对tio2进行修饰改性，提升其光催化性能的目的。
18.通过图2中tio2的紫外可见吸收光谱图，可以看出，在400-600 nm的范围内，所合成的tio2光催化剂的光响应范围明显的增强。换而言之，反应后，光催化剂在可见光区的相应能力和范围已经大大增强。
19.通过epr光谱进一步表征以确定反应后样品中氧空位的存在，如图3所示，可以看出，反应后的tio2产生强epr信号，而反应前的tio2样品则没有观察到信号，因此，可以得出结论，经反应后在tio2样品中引入了氧空位。
20.实验例：为检验样品的光催化降解性能，称取0.05 g实施例3所得催化剂放入100 ml烧杯中，然后分别加入100ml 二次水和400
ꢀµ
l预配置的rhb溶液。将混合液转移反应器暗箱中，打开冷凝水，开启搅拌。暗处理30 min。接着打开氙灯光源，在不同时刻下取样并利用紫外可见分光光度计测出每个试样的吸光度，作图分析其性能，其结果列于图4。
21.结合图4可知，经与聚乙烯和聚乙烯醇反应后，催化剂的性能大幅提升。当反应时间达到90 min时，约有95%的染料已经被降解完毕。而相同条件下，起始原料的的降解率仅为50%左右。
22.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种低温下制备可见光下响应tio2光催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)称量一定量的h2tio3纳米管置于容器内，然后加入聚乙烯和聚乙烯醇，搅拌均匀；（2）将上述容器中充满氧气，然后转移至30-80摄氏度的水浴中，边搅拌边加热，反应3-15天；（3）反应完成后除去聚乙烯和聚乙烯醇便可得到可见光响应tio2。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述h2tio3纳米管、聚乙烯和聚乙烯醇的质量比为1:0.1-1:0.1-1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）水浴温度为50摄氏度。4.如权利要求1-3任一所述制备方法所得tio2光催化剂在光催化制氢、光催化还原二氧化碳及废水光催化降解、室内甲醛去除领域的应用。

技术总结

本发明的一种低温下制备可见光下响应TiO2光催化剂的方法，包括如下步骤：(1)称量一定量的H2TiO3纳米管置于容器内，然后加入聚乙烯和聚乙烯醇，搅拌均匀；（2）将上述容器中充满氧气，然后转移至30-80摄氏度的水浴中，边搅拌边加热，反应3-15天；（3）反应完成后除去聚乙烯和聚乙烯醇便可得到可见光响应TiO2。该方法使合成工艺大大简化、使反应条件更加温和，且提升了合成质量、降低了工艺成本，为工业化、大规模生产提供了可能。模生产提供了可能。模生产提供了可能。