[发明专利]一种金属离子掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境技术和纳米材料技术领域，具体涉及一种金属离子掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法。

背景技术

自1972年日本Fujishima(Fjishima A，Honda K.Electrochemicalphotolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature，1972，238：37-38.)发现将二氧化钛作为电极可以进行水的光分解反应后，就引起了利用半导体光催化剂把光能转化为电能和化学能的研究热潮。TiO₂利用光能驱动氧化-还原反应，使水分解放出氧气，利用自身强氧化能力可进行有机物的分解反应，因而具有光催化活性和抗菌性。该催化剂可用于环境保护、制作洁净能源的关键器件以及应用于医学、医疗领域。

金属离子掺杂(Wilke K，Breuer H D.The influence of transition metaldoping on the physical and photocatalytic properties of titania[J].Journal ofPhotochemistry and Photobiology A：Chemistry，1999，121：49-53.)可以提高TiO₂光响应范围，减少电子和空穴的复合，提高光催化效率。其中金属离子掺杂可以在半导体的表面上引入缺陷位置或改变结晶度，成为电子或空穴的陷阱而延长OH自由基的寿命，从而能有效地提高光催化效率，因此对纳米粒子中掺入金属离子的研究一直是人们研究的热点，半导体的光催化效应及其潜在的应用亦引起了人们的极大兴趣并得到了广泛地研究(闫鹏飞，王建强，周德瑞，等.掺铁TiO₂纳米晶的制备及光催化性能研究[J].材料科学与工艺，2002，10(1)：28-31.)。二氧化钛作为光催化剂，其太阳能利用率仅为4％左右，作为抗菌材料，只能在光照的情况下发挥作用，因此，其应用范围受到限制。

金属离子掺杂是改善其性能的行之有效的方法之一。目前该种材料的化学合成法方法主要有气相法(CVD法)和液相法两大类，Crisan等(CRISAN D，DRAGAN N，CRISAN M，et al.Crystallization study of sol-gelun-doped and Pd-doped TiO₂ materials[J].J.Phys.Chem.Solids，2008，69(10)：2548-2554.)采用溶胶-凝胶法制备出Pd掺杂TiO₂，刘晓璐等(刘晓璐，吴玉程，宋林云.掺Ag复合改性的纳米TiO₂的制备及其光催化性能[J].中国粉体技术，2007，13(4)：13-16.)采用溶胶-凝胶法制备了掺Ag复合改性的纳米TiO₂复合材料，马登峰等(马登峰，彭兵，柴立元，等.载银纳米二氧化钛抗菌粉体的制备工艺研究[J].精细化工中间体，2006，36(1)：63-64.)采用稀释热水解法制备出了载银纳米二氧化钛抗菌粉体。其中CVD法制备设备复杂、能耗大、成本高；液相法中的水热合成法、溶胶-凝胶法和沉淀法等也存在操作复杂、制备周期长等不足。利用均匀热水解法制备掺杂金属离子的TiO₂鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种制备工艺简单的金属离子掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先，配制浓度为1～1.4mol/L的HNO₃溶液，取20ml HNO₃溶液并向其中加入金属硝酸盐得到溶液A，其中金属硝酸盐加入量为：1.65×10^-3×M_{金属硝酸盐}÷M_金属(g)～8.25×10^-3×M_{金属硝酸盐}÷M_金属(g)，M_{金属硝酸盐}为掺杂金属硝酸盐的分子量，M_金属为掺杂金属的分子量；

2)其次，将溶液A置于磁力搅拌器上加热搅拌，待溶液挥发至15ml时，将0.7ml化学纯的钛酸四正丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)溶解在溶液A中，继续加热并搅拌直至得到金属离子掺杂TiO₂晶体；