[发明专利]一种核壳结构纳米带光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂(B)Bi₂₀TiO₃₂核壳结构纳米带光催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来环境污染的控制与治理越来越受到重视，日益恶化的环境问题迫切需要一种更环保、低廉的技术来降解大气及水体中的污染物。光催化性能是纳米半导体的独特性能之一。纳米半导体材料在光的照射下，通过把光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物（有机物，无机物）降解的过程称之为光催化材料。从此，以TiO₂为代表的半导体光催化剂开始发展起来。但TiO₂的光催化效率不高，而且光响应范围在紫外光区，太阳光利用率低，制约了它的发展。

Bi₂O₃和TiO₂复合形成具有多种晶相结构的复合氧化物：如Bi₄Ti₃O₁₂，Bi₂Ti₂O₇，Bi₂Ti₄O₁₁，Bi₁₂TiO₂₀，Bi₂₀TiO₃₂等，统称为钛酸铋化合物。通过研究这些钛酸铋化合物和P-25（锐钛矿TiO₂纳米粉体）的紫外～可见散射反射光谱发现，这几种钛酸铋材料的禁带宽度均小于3eV，吸收边为400～580nm，而TiO₂的禁带宽度为3.2eV，吸收边为387.5nm，相比之下，钛酸铋材料的吸收边出现了“红移”现象，使其在可见光波长范围内具有良好的光催化效应。其中Bi₂₀TiO₃₂因具有高的n型光电导性和高载流子流动性，而具备良好的紫外～可见光催化效果。

迄今为止，尚未见到有关Bi₂₀TiO₃₂纳米带制备的报道。Hefeng Cheng等[Hefeng Cheng,Baibiao Huang,Ying Dai et al.Visible-light photocatalytic activity of the metastable Bi₂₀TiO₃₂synthesized by a high-temperature quenching method[J].Journal of Solid State Chemistry.2009,182:2274-2278.]通过固相反应法在1000℃下制备出了Bi₂₀TiO₃₂纳米颗粒，并对其的可见光催化性能做了研究，表明Bi₂₀TiO₃₂在可见光波长范围内对甲基橙具有良好的催化效果；Tengfei Zhou等[Tengfei Zhou and Juncheng Hu.Mass Production and Photocatalytic Activity of Highly Crystalline Metastable Single-Phase Bi₂₀TiO₃₂Nanosheets[J].Environ.Sci.Technol.2010,44:8698–8703.]通过溶胶凝胶法制备出了Bi₂₀TiO₃₂纳米片等。但是制备出的Bi₂₀TiO₃₂粉体因其形貌为纳米颗粒不易回收再利用，并且这些方法要么对设备要求高，设备仪器比较昂贵；要么对原料的利用率很小；或者工艺复杂，制备周期长，可重复性差。为了达到实用化的目的，必须开发生产成本低、操作简单、周期短的Bi₂₀TiO₃₂纳米带的制备工艺。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要求解决的问题是提供一种TiO₂(B)Bi₂₀TiO₃₂核壳结构纳米带光催化剂及其制备方法。