[发明专利]Ag/Ag(I)-TiO2纳米晶可见光光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属银表面负载和银离子掺杂的TiO₂（即Ag/Ag(I)-TiO₂）纳米晶可见光光催化剂的制备方法。

技术背景

用光催化技术解决环境问题已引起世界各国政府、产业部门和学术界的广泛兴趣和关注，实践证明，在各类半导体光催化材料中，二氧化钛最适合于广泛的环境应用，因为二氧化钛具有生物和化学惰性，强的抗光和化学腐蚀能力。然而，在实际应用中TiO₂还存在以下一些缺陷：(1)光生载流子的寿命短，很容易复合，使TiO₂的量子产率低，光催化活性不高；(2)TiO₂带隙较宽，锐钛矿型的TiO₂禁带宽度为3.2 eV，仅限于激发波长小于387 nm的紫外光，限制了它对太阳光中的占绝大比例的可见光的利用。为了解决上述这些问题，人们开展了许多研究工作：一方面，当贵金属Ag和Au纳米粒子负载于TiO₂表面形成Au/TiO₂和Ag/TiO₂时，TiO₂的紫外光光催化活性得显著的增强，主要原因是负载在TiO₂表面的Ag纳米粒子可以转移光生电子，促进光生电子和空穴的分离，提高光催化的量子效率；另一方面，为了使TiO₂对可见光响应，通过掺杂非金属(N, S, C等)或金属(Ag, Cr, V, Fe, Mn, Cu, Co, Ni等)元素的方法，使二氧化钛的能带结构发生变化，提高TiO₂对可见光的吸收。然而，上述Au/TiO₂和Ag/TiO₂光催化剂的合成主要是利用光还原技术，而Ag等金属离子掺杂的TiO₂光催化剂主要用溶胶凝胶结合高温热处理的合成技术。据我们所知，目前还没有关于利用简单的制备方法能实现金属银表面负载和银离子掺杂的TiO₂纳米晶可见光光催化剂的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术，提出一种简单且非常有效的金属银表面负载和银离子掺杂的TiO₂纳米晶可见光光催化剂的合成方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：Ag/Ag(I)-TiO₂纳米晶可见光光催化剂的制备方法，其特征在于包括有以下步骤: 

1）将硝酸银溶于去离子水中形成均匀溶液，其中硝酸银的摩尔浓度为0.01-0.5 mol L^-1；

2）把1 g TiO₂纳米晶分散到步骤1）配制的9.3 mL硝酸银溶液中，搅拌1-20 h后，于50-140℃烘干处理得粉体；

3）把步骤2）制备的粉末置于350-650℃热处理0.5-5 h，即得到Ag/Ag(I)-TiO₂纳米晶可见光光催化剂。

按上述方案，TiO₂纳米晶的制备方法是：以钛酸丁酯溶液为原料，通过溶胶凝胶法制得锐钛矿相TiO₂纳米晶，其晶粒大小为10-100 nm，比表面积为10-200 m² g^-1。

按上述方案，TiO₂纳米晶的晶粒大小为10-30 nm，比表面积为大于50-200 m² g^-1。

按上述方案，硝酸银溶液的摩尔浓度为0.05-0.2 mol L^-1。

按上述方案，TiO₂纳米晶和硝酸银混合溶液的搅拌时间为1-2 h。

按上述方案，TiO₂纳米晶和硝酸银混合溶液的烘干温度为80-110℃。

按上述方案，步骤3）的热处理温度为400-500℃。

按上述方案，步骤3）的热处理时间为1-2 h。

本发明所说的用于制备Ag/Ag(I)-TiO₂纳米晶可见光光催化剂的TiO₂原料，除了用溶胶凝胶法制备的锐钛矿TiO₂纳米晶外，还可以是用其它液相法和气相法所制备的无定形或锐钛矿TiO₂纳米粒子。