[发明专利]介孔二氧化硅修饰的二氧化钛高活性光催化剂的合成方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种介孔二氧化硅修饰的二氧化钛高活性光催化剂的合成方法，尤其涉及上述方法制作的介孔二氧化硅修饰的二氧化钛高活性光催化剂产品。

背景技术：

纳米二氧化钛是一种重要的无机半导体功能材料，由于它拥有独特的催化、电学、光学以及光化学等方面的性能而引起人们广泛的关注。纳米二氧化钛以其稳定的化学性质、强氧化还原性、抗光腐蚀性、无毒、成本低等优点而被认为是比较理想的光催化剂之一。二氧化钛光催化氧化技术有望成为新一代的高效、节能、环保的污染物防治技术。但因其带隙能(3.2eV)较高而导致对太阳光的利用率较低，同时也存在自身量子效率较低的问题，从而限制了二氧化钛光催化氧化技术的实用化。为了进一步提高纳米二氧化钛的光催化性能，表面修饰是经常被采用的一种有效改性方法。根据最新研究成果可知，二氧化钛锐钛矿向金红石的相转变是由团聚的锐钛矿粒子内部界面开始的，随着热处理温度升高，逐渐从内部向外部扩展，直至表面。可以推测，在发生相转变初期，锐钛矿微晶团聚或烧结不显著，同时初步形成了粒子内部含有少量金红石而外部主要为锐钛矿相的壳层结构。粒子内部含有少量金红石相不会影响二氧化钛的光学吸收，但是由于能级匹配而由锐钛矿和金红石两种晶相所形成的同质异相结是有利于表面锐钛矿发生光生电荷分离的，这对光催化反应是有利的。因此，通过提高纳米二氧化钛晶相转变温度且使其为含有少量金红石的混晶相，可能实现具有粒子尺寸细小、比表面积大、结晶度高等结构特点的纳米二氧化钛的设计合成，进而获得具有较高光催化活性的纳米二氧化钛。硅基介孔材料作为一种新型的纳米结构材料，由于其具有较大的比表面积、水热稳定性以及结构和孔径可调性等特点，近年来成为了国际上跨学科的研究热点之一。已有文献报道，二氧化硅可起到抑制相变、提高二氧化钛光催化活性的作用。因此我们尝试采用多孔二氧化硅对二氧化钛纳米粒子进行表面修饰来设计合成具有大比表面积、高结晶度等结构特点的纳米二氧化钛，致力于进一步提高纳米二氧化钛的光催化活性。在本发明中，首次利用介孔二氧化硅的表面修饰实现了对纳米二氧化钛光催化剂性能的有效改善。

发明目的：

本发明的目的是提供一种介孔二氧化硅修饰的二氧化钛高活性光催化剂的合成方法，通过介孔二氧化硅表面修饰试图改变纳米锐钛矿二氧化钛的表面性质，并且很大程度地提高其由锐钛矿向金红石相的转变温度，进而显著地改善纳米锐钛矿二氧化钛的光催化活性，甚至超过国际商品P-25型二氧化钛。所构建的新型结构的半导体复合纳米材料用于改善材料在光催化等方面的性能。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

介孔二氧化硅修饰的二氧化钛高活性光催化剂的合成方法，将钛酸四丁酯和无水乙醇的均匀混合液在剧烈搅拌条件下以每分钟30滴的速度缓慢地滴入到由无水乙醇，二次蒸馏水和浓硝酸组成的混合体系中，继续搅拌2小时，得到淡黄色的二氧化钛溶胶，接着将二氧化钛溶胶以30mL为一单位转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封，在160℃的条件下水热6小时，冷却至室温，倒掉上清液，得到淡黄色的膏状纳米二氧化钛，然后将膏状纳米二氧化钛转移到烧杯中，再向烧杯中加入由含有F-127非离子表面活性剂的体系和含有正硅酸乙脂的体系均匀混合而成的二氧化硅溶胶，接着搅拌，加热，并继续搅拌直至粘稠，干燥，研磨，焙烧，得到介孔二氧化硅修饰的纳米二氧化钛粉末。

所述的介孔二氧化硅修饰的二氧化钛高活性光催化剂的合成方法，所述的钛酸四丁酯和无水乙醇的均匀混合液是在室温连续搅拌条件下，将20mL钛酸四丁酯缓慢地加入到20mL无水乙醇中，继续搅拌30分钟，获得均匀混合液，所述的无水乙醇，二次蒸馏水和浓硝酸组成的混合体系，是在室温连续搅拌条件下，将80mL无水乙醇加入到20mL二次蒸馏水中，再加入4mL的70％浓硝酸，继续搅拌30分钟，获得混合体系。

所述的介孔二氧化硅修饰的二氧化钛高活性光催化剂的合成方法，所述的含有F-127非离子表面活性剂的体系是在室温下将0.9g的F-127非离子表面活性剂加入到12.7mL的无水乙醇中，超声15分钟，搅拌2小时，接着加入2滴0.1M的盐酸水溶液和0.09g的1，3，5-三甲苯，继续搅拌2小时。