[发明专利]一种光催化纳米材料

说明书

技术领域：

本发明涉及一种光催化纳米材料，尤其涉及一种能适用于冰箱并具有除菌除异味功能的光催化纳米材料。 

背景技术：

冰箱购买阶段的异味会影响客户购买冰箱的欲望，使用阶段的异味和细菌会影响冰箱内食品的保鲜期。因此，具有除菌除异味功能的冰箱市场前景很大。 

光催化技术是一种新兴、高效、节能的现代绿色环保技术，光催化技术是在催化剂的作用下，利用光辐射将污染物分解为无毒或毒性较低物质的过程。 

而通常研究的光催化材料，是以TiO₂为代表的金属氧化物半导体，它具有非常好的化学稳定性，不溶于水、光稳定性高、具有强氧化-还原能力、价格低廉、对人体无害、使用寿命长等优点。TiO₂受到紫外线的照射，当能量大于或等于其禁带宽度时，价带上的电子被激发，越过禁带进入导带，形成带负电的高活性电子(e^-)，同时在价带上产生相应的空穴(h⁺)，电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的H₂O和O₂，生成·OH和·O₂^-自由基，这些自由基分解有机物生成二氧化碳和水，从而对其表面的有机污染物气体进行降解，同时这些自由基还具有杀菌作用。机理如图1所示： 

A过程： 

B过程：e^-+Aads→A^-ads 

C过程：h+Dads→D⁺ads 

D、E过程：e^-+h⁺→△(放热) 

TiO₂是一种多晶型的化合物，它是一种常见的n型半导体材料，在自然界有锐钛矿、金红石和板钛矿三种晶形。锐钛矿型的二氧化钛多用于光催化剂，在节能环保方面展示出极为广阔的应用前景。通常，TiO₂粒径越小，其比表面积越大，增大TiO₂分子处于表面的份额，从而发生光催化反应产生光生e^--h⁺对的几率增大；另一方面由于与其表面接触的O₂和H₂O含量越多，有效减少e^--h⁺空穴复合的几率，从而提高了光催化效果。研究表明，一定比例的锐钛矿与金红石复合更有利于光催化效果的提高。 

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光催化纳米材料，是一种适用于冰箱并具有除菌除异味功能的光催化纳米材料。 

本发明解决技术问题采用如下技术方案： 

一种光催化纳米材料，由纳米银与纳米二氧化钛构成的混合物，所述纳米银与所述二氧化钛的质量比为0.5～10∶90～99.5；所述混合物的制备方法为：按比例取纳米银与纳米二氧化钛混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米银掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物。 

一种光催化纳米材料，由纳米氧化铜、氧化锌或氧化镁与纳米二氧化钛构成的混合物，所述纳米氧化铜、氧化锌或氧化镁与纳米二氧化钛的质量比为2～12∶88～98；所述混合物的制备方法为：按比例取纳米氧化铜、氧化锌或氧化镁与纳米二氧化钛混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米氧化铜、氧化锌或氧化镁掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物。 

上述光催化纳米材料的纳米粒径在10～60nm。 

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在： 

金属离子掺杂是改善TiO₂光催化性能的常用方法之一，当半导体表面和金属接触时，载流子重新分布，电子从费米能级较高的n型半导体转移到费米能级较低的金属，直到它们的费米能级相同，形成肖特基势垒，成为俘获激发电子的有效陷阱，光生载流子被分离，从而抑制了电子和空穴的复合。 

通过掺杂将银离子引入到TiO₂晶格结构内部，在晶格中引入新电荷，形成缺陷或改变晶格类型，从而影响光生电子和空穴的运动状况、调整其分布状态或者改变TiO₂的能带结构，最终导致TiO₂的光催化活性发生不同程度的改变。