[发明专利]一种制备Al、In共掺杂TiO2光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工材料领域，涉及一种环境净化功能材料，具体涉及一种制备Al、In共掺杂TiO₂光催化剂的方法。 

背景技术

纳米TiO₂在紫外光下对环境污染物具有很高的光催化降解率，同时还具有无毒性、不产生二次污染等优势，近年来一直受到研究者的关注。但其电子-空穴对复合率高、光利用率低，限制了其在环境污染处理的应用。因此，必须对TiO₂进行改性，以提高其对污染物的光催化活性，例如，金属掺杂、非金属掺杂、半导体复合等都是比较常用的手段。 

近年来，两种离子共掺杂TiO₂受到广泛的关注，与单一离子掺杂TiO₂相比，三元TiO₂体系能表现出更高的光催化活性。如沈阳理工大学李越湘等人制备Eu、Si共掺杂TiO₂光催化剂在汞灯照射下对甲基橙的光催化活性优于单一Eu或Si掺杂的TiO₂光催化剂。Yang等合成了Ag/In₂O₃-TiO₂光催化剂，Ag作为光生电子捕获剂抑制了光生载流子的复合，同时In₂O₃半导体复合，扩大TiO₂可见光吸收率，使三元光催化剂对罗丹明B表现出更优的光催化活性。 

然而对于In、Al共掺杂TiO₂光催化剂还未有报道。本专利公开一种采用溶胶-凝胶法制备新型In-Al-TiO₂光催化剂的方法。 

发明内容

本发明的目的，是提供一种制备Al、In共掺杂TiO₂光催化剂的方法，使TiO₂的光催化性能更强。 

采用的技术方案是： 

一种制备Al、In共掺杂TiO₂光催化剂的方法，包括下述工艺步骤： 

（1）前驱体配制 

将0.0675 g的硝酸铟和0.047 g的氯化铝加入到8 mL无水乙醇中溶解完全，然后加入2 mL钛酸四正丁酯和0.1 mL浓盐酸，搅拌30 min，配成前驱液，其中Al:In:Ti的原子摩尔比为0.5:3:1，其中硝酸铟、氯化铝和无水乙醇的纯度为分析纯，钛酸四正丁酯的纯度为化学纯； 

（2）凝胶反应 

将配好的4 mL无水乙醇和0.9 mL水混合液缓慢滴入到步骤（1）中所得的前驱液中，继续搅拌直到形成凝胶； 

（3）陈化和煅烧 

将步骤（2）中所得凝胶在室温下陈化24 h后置于烘箱中80 ℃烘干，然后研磨成粉末后放入程控箱式电炉中，以5 ℃/min速率升温至400~500℃煅烧3 h，冷却至室温后研磨，将研磨后的光催化剂样品记作0.5%Al-3%In-TiO₂。 

上述程控箱式电炉，为常见煅烧设备。 

光催化剂活性评价： 

光催化反应激发光源为20 W石英紫外杀菌灯（主波长为253.7 nm）。在100 mL石英烧杯中加入甲基橙溶液和催化剂，甲基橙的初始浓度为10 mg/L，反应溶液体积为50 mL，催化剂浓度为300 mg/L。用721E型可见分光光度计在甲基橙最大吸收波长468 nm处测定甲基橙初始吸光度为0.733。实验中先将溶液避光磁力搅拌60 min，待吸附平衡后取样5 mL，用微滤膜（孔径为0.22 μm）过滤后测定甲基橙吸光度为0.730。随后开启光源，将反应溶液置于紫外灯正下方固定距离，光照40 min后取样5 mL，经微滤膜过滤后再次测定其吸光度为0，根据Lambert-Beer定律计算甲基橙的光催化降解率为100%。 

本发明的优点在于： 

本发明中金属离子掺杂具有抑制TiO₂晶型的转变，增加TiO₂表面晶格缺陷，扩大TiO₂的光吸收范围等优势，能够提高TiO₂的光催化效率。不同金属离子之间，电子结构、价态分布等物化性质都有所区别。两种不同离子共掺杂与单离子掺杂相比，具有较好的协同效应，对TiO₂的活性提高更大。 

具体实施方式

实施例1 

一种制备Al、In共掺杂TiO₂光催化剂的方法，包括下述工艺步骤： 

（1）前驱体配制