[发明专利]一种具有可见光响应的光催化材料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料领域，更具体地，涉及一种具有可见光响应的光催化材料、制备方法及应用。 

背景技术

致病性微生物是饮用水中最重要的污染源之一，而传统的氯气消毒技术在杀菌过程中会产生三氯甲烷等致癌消毒副产物，因此新的杀菌消毒技术的研究与开发受到越来越广泛的关注。自1984年Matsunaga T首次利用了半导体材料二氧化钛进行光催化灭菌，光催化法在灭菌方面的应用日益成为研究的热点。由于二氧化钛纳米管阵列具有易回收、能重复使用等多种优点，制备有序排列的二氧化钛纳米管阵列是二氧化钛纳米管制备研究领域的一个重要发展方向。但由于二氧化钛的禁带较宽（3.0-3.2eV)，仅能利用太阳能的4%左右，而且光生电子和空穴的复合导致光量子效率很低。 

为了克服上述缺点，近年来，许多科学家在二氧化钛纳米管阵列的制备和应用基础研究方面做了大量的工作来提高二氧化钛纳米管阵列在可见光下的光催化性能。研究者采用了各种手段对其进行改性，包括金属与非金属元素的掺杂，半导体的复合等，将二氧化钛与窄带隙的半导体或贵金属复合可显著增强可见光响应以及增强电荷分离效率。其中有研究工作表明在二氧化钛纳米管载入贵金属银后，由于在可将光区银具有表面的局部等离子共振特点，使二氧化钛在可见光下有光催化能力，并且可以抑制光生电子-空穴对的复合，是一种提高二氧化钛纳米管可见光催化活性的有效途径。 

然而银的化学稳定性较差，常温条件下银/二氧化钛的界面表面上的银 很容易被氧化成氧化银，使银/二氧化钛的重现性较差，光催化效果不稳定。目前尚无稳定性好的具有可见光响应的光催化材料。同时由于银/二氧化钛光催化材料和细菌接触面积有限，因此现有光催化材料虽然能做到可见光响应，但杀菌效果不理想。 

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有可见光响应的光催化材料、制备方法，应用于杀菌消毒，其目的在于制备一种稳定的可见光催化杀菌材料，由此解决目前具有可见光响应的银/二氧化钛光催化材料，易被氧化，重现性差，光催化效果不稳定，杀菌效果不理想且回收难的技术问题。 

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有可见光响应的光催化材料，所述光催化材料为表面和内壁附着有纳米二氧化硅颗粒和纳米银颗粒的片状二氧化钛纳米管。 

优选地，所述光催化材料，其二氧化钛纳米管平均孔径为40nm至60nm，平均管壁厚为15nm至25nm，平均管长为500nm至650nm。 

优选地，所述光催化材料，其纳米二氧化硅颗粒直径10nm至20nm，所述纳米银颗粒直径5nm至10nm。 

按照本发明的另一方面，提供了一种光催化材料的制备方法，包括以下步骤： 

（1）制备片状二氧化钛纳米管：取钛片，通过阳极氧化法制备片状锐钛矿二氧化钛纳米管； 

（2）制备二氧化硅/二氧化钛纳米管：将制备好的二氧化钛纳米管浸入二氧化硅胶体，使二氧化钛纳米管表面及内壁附着二氧化硅胶体，清洗烘干，使二氧化钛纳米管表面及内壁附着二氧化硅颗粒； 

（3）制备载银二氧化硅/二氧化钛纳米管：以二氧化硅/二氧化钛纳米管作为工作电极，惰性电极作为对电极，在硝酸银溶液中通电沉积，再在 不含银离子的硝酸根离子溶液中通电还原，制得载银二氧化硅/二氧化钛，清洗烘干，使纳米银颗粒均匀的分布在二氧化硅/二氧化钛纳米管表面及内壁。 

优选地，所述光催化材料制备方法，其步骤（2）制备二氧化硅/二氧化钛纳米管时，浸入二氧化硅胶体时长5至30分钟烘干温度80至120℃，操作重复1至6次。 

优选地，所述光催化材料制备方法，其步骤（3）制备载银二氧化硅/二氧化钛纳米管在硝酸银溶液中通电沉积时，硝酸银溶液摩尔浓度为0.01摩尔/升至0.1摩尔/升，电压为-0.2V至-0.6V，通电时长为5至20分钟。 

优选地，所述光催化材料制备方法，其步骤（3）制备载银二氧化硅/二氧化钛纳米管在硝酸钠溶液中通电还原时，硝酸根离子摩尔浓度为0.01摩尔/升至0.1摩尔/升，电压为-1V至-2V，通电时长为5至20分钟。 

优选地，所述光催化材料制备方法，其步骤（3）操作重复1-6次。 

按照本发明的另一个方面，提供了一种光催化材料，采用上述光催化材料制备方法制备。 

按照本发明提供的光催化材料应用于在可见光和/或紫外光辐射下的杀菌消毒。