[发明专利]一种大比表面积纯相TiO2光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锐钛矿型氧化钛光催化剂，具体为一步法合成大比表面积纯相TiO₂光催化剂及其制备方法和应用。属于光催化剂技术领域。

背景技术

随着人口和经济的增长，环境和能源问题成为制约人类发展的两大因素。半导体光催化剂在处理染料废水和光解水制氢具有独特的优势。与传统处理废水和制氢方法相比，光催化具有反应条件温和、能耗低、二次污染少等优点，在环境和能源方面具有非常诱人的应用前景，近年来对其研究越来越多。众所周知，TiO₂由于廉价、无毒和稳定等优点被广泛用作光催化剂。但是受TiO₂禁带宽度的限制（3.2eV），它仅可以吸收紫外光（占太阳光的4%），量子效率低，只能用于很低浓度染料废水处理。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的缺陷，提供一种大比表面积纯相TiO₂光催化剂的制备方法，以及简单易行、产率高的制备方法。

本发明的另一目的是提供这种大比表面积纯相TiO₂光催化剂的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

本发明涉及的大比表面积纯相TiO₂光催化剂，采用乙醇和丙三醇双醇体系作为溶剂，采用硫酸氧钛为钛源，用水热一步法制得，其比表面积为350～450m²/g，孔容为0.2～0.3m³/g，孔径为20～30nm左右。该纯相锐钛矿TiO₂因其比表面积非常大，活性中心多，能极大提高光催化活性。所以该催化剂能在高效降解高浓度的染料废水的同时协同生成氢气。

一种大比表面积纯相TiO₂锐催化剂的制备方法，其步骤如下：

（1）室温条件下，将LiAc·2H₂O溶解于含4mL DMF和6mL HAc的混合液中，得到溶液A；

（2）室温条件下，将3.83g丙三醇与6mL乙醇(AR,99.7%)搅拌混合后，再向此混合液中加入TiOSO₄，搅拌使其混合均匀；得到溶液B；

（3）将溶液A和溶液B相互混合搅拌均匀后，再向混合液中加入无水乙醚，继续搅拌均匀，得到溶液C。

（4）将溶液C（前驱液）移入反应釜中，在烘箱中进行醇热反应，然后经由水洗、乙醇洗涤，烘干，得到产物超大比表面积锐钛矿相TiO₂光催化剂；

其中，

步骤（1）中LiAc·2H₂O的量为2～10g。

步骤（2）加入TiOSO₄(～15wt.%in dilute sulfuric acid)的量为1～5mL。

步骤（3）中加入无水乙醚的量为1～5mL。

步骤（4）中醇热反应的温度为100～200℃，反应时间为12～72h。

本发明制备的产品通过以下手段进行结构表征：采用在日本理学Rigaku D/Max-RB型X射线衍射仪上测量的X射线衍射进行样品的结构分析；采用QuantaChrome Nova4000e型自动物理吸附仪测定样品的比表面积和孔结构；采用日本JEOL JSM-6380LV型扫描电镜获得的扫描电镜照片。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：本发明所使用的化学试剂均为常用试剂、廉价易得，方法工艺简单，合成光催化剂的比表面积最高达到420m²/g，远远大于同类商业产品。同时，该光催化剂在紫外光照射下能快速降解高浓度甲基橙（MO）的同时生成一定量的氢气。

附图说明

图1为本发明所制得的TiO₂光催化剂样品的XRD图谱；

图2为本发明所制得的TiO₂光催化剂样品的高分辨透射电镜图；

图3为本发明所制得的TiO₂光催化剂样品的扫描电镜图；

图4为本发明所制得的TiO₂光催化剂样品的氮气吸脱附等温线；

图5为本发明制得的TiO₂光催化剂样品对染料MO协同产氢图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明是如何实现的做进一步详细、清楚、完整地说明，所列实施例仅对本发明予以进一步的说明，并不因此而限制本发明：

实施例1