[发明专利]硫掺杂钛酸盐纳米管可见光催化剂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂和材料化学技术领域，特别是涉及一种硫掺杂钛酸盐纳米管可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

TiO₂作为一种重要的半导体材料，以其廉价无毒、抗光腐蚀、催化活性高、氧化能力强、稳定性好等优势，在光催化降解和消除环境污染物领域备受人们的关注。但由于其带隙能较宽(3.0-3.2eV)，仅在近紫外光(380nm)激发下才能表现出优异的光催化活性，太阳能利用率低。为了提高TiO₂对太阳光的吸收效率，可以通过掺杂对其进行改性。研究表明利用金属离子掺杂改性TiO₂可在一定程度上提高纳米TiO2的可见光光催化活性，但是效果并不明显；而用非金属元素，如N，S，F，C来掺杂改性纳米TiO₂来提高其可见光光催化活性是较为有效的方法(Khan S U M，A1-Shahry M，Ingler WB Jr.Science，2002，297(5590)：2243-2245；Hamal D B，Klabunde K J，J.Colloid Interface Sci.，2007，311(2)：514-522.)，其中非金属S在TiO2纳米粉体中掺杂改性的研究引起学者们的极大关注(Umebayashi T，Yamaki T，Itoh H，et al.Appl.Phys.Lett.，2002，81(15)：454-456；Ohno T，Akiyoshi M，Umebayashi T，et al.Appl.Catal.A：General，2004，265(1)：115-121；刘红艳，高濂.无机材料学报，2005，20(2)：470-474.)。

最近，研究人员发现TiO₂纳米管比起TiO₂的其他形式，在光催化性能方面有极大的提高和改善(孔祥荣，彭鹏，孙桂香，等.化学通报，2007，(1)：8-13.)；而且解决了TiO₂粉体材料难以回收利用的问题。所以利用金属以及非金属元素对二氧化钛纳米管的掺杂改性已经成为研究的热点(Song S，Tu J，He Z，et al.Appl.Catal.A：General，2010，378(2)：169-174；Zhang Y，FuW，Yang H，et al.Thin Solid Films，2009，518(1)：99-103；王泽高，郑树楠，贾春阳，等.无机化学学报，2010，26(5)：875-878；肖玉堂，李志花，许双双.化工进展，2010，29(7)：1235-1240.薛琴，管玉江，王子波，等.化学学报，2010，68(16)：1603-1608.)，但有关硫掺杂的二氧化钛纳米管报道较少。

Hoffman等(Hoffmann M R，Martin S T，Choi W，et al.Chem.Rev.，1995，95(1)：69-96)认为阳离子掺杂位虽然能够有效降低TiO₂的禁带宽度，但是容易成为电子空穴复合中心，进而影响其光催化效率。如何实现掺杂的S元素在TiO₂结构中形成阴离子掺杂位是有效改善纳米TiO₂的可见光光催化活性的方法；但当前的S掺杂TiO₂体系大多仅是实现了S以阳离子(S⁴⁺)形式的掺杂。如何实现掺杂的硫原子在TiO₂体系中形成阴离子掺杂位构筑高效TiO₂基可见光光催化剂材料，是当前急需解决的问题之一。

由此可见，上述现有的硫掺杂钛酸盐纳米管可见光催化剂材料及其制备方法在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的硫掺杂钛酸盐纳米管可见光催化剂材料及其制备方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的硫掺杂钛酸盐纳米管可见光催化剂材料及其制备方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的硫掺杂钛酸盐纳米管可见光催化剂材料及其制备方法，能够改进一般现有的硫掺杂钛酸盐纳米管可见光催化剂材料及其制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容