[发明专利]共掺杂稀土离子的二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化剂领域，特别地，涉及一种共掺杂稀土离子的二氧化钛光催化剂的制备方法。

背景技术

二氧化钛光催化剂利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，是最具有开发前景的绿色环保生态友好型光催化剂材料之一。

二氧化钛光催化剂属于一种半导体材料，通过能量大于二氧化钛禁带宽度的光照射，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子，同时在价带留下空穴，形成电子-空穴对，即光生载流子，在通过扩散的方式运动迁移到材料表面，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基(HO·)和超氧阴离子自由基(O₂^－)，与吸附在催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获，最终把污染物降解为二氧化碳和水，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌的作用。

二氧化钛光催化剂具有很高的光催化反应活性，但其光催化反应的量子效率还很低，绝大部分光子在反应中不能够被利用。由于，半导体能带由充满电子的价带(valanceband,VB)和空的导带(conduetionband，CB)构成，价带和导带间存在禁带，而二氧化钛晶体的禁带宽度较高(其中锐钛矿相为3.2eV，金红石相为3.0eV)，只能吸收波长小于387nm的紫外光，在可见光照射下没有光催化活性，而太阳光中只有不足4％的紫外光。基于这些原因，掺杂或改性二氧化钛光催化剂以达到对可见光的利用和提高其活性很有必要。

发明内容

本发明目的在于提供一种共掺杂稀土离子的二氧化钛光催化剂的制备方法，以解决二氧化钛光催化剂光催化反应的催化活性低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种共掺杂稀土离子的二氧化钛光催化剂的制备方法，包括：

步骤1)将钐源化合物和铕源化合物，加入聚四氟乙烯溶液中，得到第一混合溶液；

步骤2)将二氧化钛粉末、异丙醇和去离子水加入第一混合溶液中混合，得到第二混合溶液；

步骤3)将第二混合溶液升温至160～220℃，保温4～8小时后冷却，分离沉淀物；

步骤4)将沉淀物洗涤，在75～80℃下烘干，得到共掺杂稀土离子的二氧化钛光催化剂。

进一步地，在步骤1)中，钐源化合物为Sm(NO3)3，铕源化合物为Eu(NO3)3，Sm(NO3)3和Eu(NO3)3的摩尔比为(0.5～2):1，钐源化合物和铕源化合物的总摩尔量：聚四氟乙烯的摩尔量为1：(2～3)。

进一步地，在步骤2)中，钐源化合物和铕源化合物的总摩尔量：二氧化钛粉末的摩尔量＝(3～6)：100。

进一步地，在步骤2)中，二氧化钛粉末、异丙醇和去离子水的摩尔比为1：(5～7)：(5～7)。

进一步地，步骤3)中，将第二混合溶液升温至160～220℃的操作具体为：

将第二混合溶液以10℃/min的速率持续升温至160～220℃。

进一步地，在步骤3)中，第二混合溶液升温至200℃，在步骤4)中，烘干时间为5～8小时。

进一步地，制备方法还包括二氧化钛粉末的制备过程，制备过程包括：

步骤a)将钛酸丁酯加入异丙醇中，得到透明溶液；

步骤b)将异丙醇、去离子水以及硝酸混合，得到酸性混液；

步骤c)将透明溶液和酸性混液混合，静置，分离得到白色膏体；

步骤d)将白色膏体干燥，碾碎，得到二氧化钛粉末。

进一步地，步骤a)中，钛酸丁酯和异丙醇的体积比为1：(5～7)。

进一步地，在步骤b)中，异丙醇的用量和步骤a)中的用量相等，异丙醇和等离子水的体积比为1：(1～1.5)，硝酸和去离子水的加入比例为3～5滴/10mL。

进一步地，步骤c)中的静置时间为18～24小时，步骤d)中的干燥温度为75～80℃，干燥时间为5～8小时。

本发明具有以下有益效果：在二氧化钛中同时掺杂钐离子和铕离子两种稀土离子，离子和铕离子发挥协同作用，显著提高二氧化钛光催化剂活性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：