[发明专利]一种WxTiO2+3x/SiO2气凝胶复合光催化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种W_xTiO_2+3x/SiO₂气凝胶复合光催化剂及其制备方法，属于环境净化用吸附/光催化材料技术领域。

背景技术

TiO₂由于化学性质稳定，生产成本低，无毒并且具有高效的光催化活性，在空气净化、污水处理、光电转化等领域应用广泛。然而，TiO₂是宽带隙半导体材料，只能吸收利用太阳光中的紫外光部分，而对可见光部分吸收利用率较低；并且，TiO₂的光生电子-空穴对容易快速复合，故其量子效率也很低。为了克服上述两个缺点，可在TiO₂中引入金属或非金属离子，使其禁带内产生掺杂能级，一方面提高光生电子-空穴对的分离效率，另一方面扩展光响应范围，从而大幅提高TiO₂的光催化活性。据报道，通过W元素的掺杂，不仅可以降低TiO₂的禁带宽度使其能够吸收利用可见光，提高对太阳光的利用率；同时W可以降低电子-空穴对复合几率，提高其量子效率(稀有金属与硬质合金，2013,41(2):16-20)。目前，TiO₂-WO₃光催化剂的制备方法主要包括溶胶-凝胶、水热合成等液相反应法。采用溶胶-凝胶法制备WO₃/TiO₂纳米复合光催化剂的研究表明：当煅烧温度为600℃、掺入WO₃摩尔分数为3％时，光催化性能最佳(化工新型材料，2012，40(1):128-130)。

为了进一步提高WO₃/TiO₂的光催化性能，制备介孔WO₃/TiO₂光催化材料引起了人们的关注。研究表明，在合成WO₃/TiO₂复合光催化材料时，加入一定的模板剂P123，可以得到具有有序介孔结构的WO₃/TiO₂复合光催化材料，有序介孔结构和较大的比表面积能够明显提高WO₃/TiO₂复合光催化材料的光催化活性，但目前所得介孔WO₃/TiO₂光催化材料的比表面积和孔体积还不够高，吸附性能有待于提高。(催化学报,2012,33(2):308-306)。

由于通过加入模板剂如聚乙二醇、P123或F127等所合成的介孔WO₃-TiO₂复合光催化剂的孔体积往往较小，吸附性能不够高；并且，利用P123等模板剂制备介孔材料往往需要通过≥450℃的高温下煅烧或溶剂萃取法除去模板；而萃取法往往周期长，操作复杂(化工新型材料，2013，41(1)：18-19；功能材料，2007，38：1627-1629；催化学报，2012，33(10)：1681-1688)。因此，研究新的工艺方法制备同时具有高吸附能力和光催化活性的高孔容介孔WO₃-TiO₂基复合光催化剂仍然是很必要的。

我们以前的专利CN 102671586B和专利CN 100574863C公开了一种TiO₂-SiO₂ 复合气凝胶及其制备方法，所提及的TiO₂-SiO₂复合气凝胶具有较高的孔容积和比表面积，能够同时具有较高的吸附能力和光催化能力，但TiO₂-SiO₂复合气凝胶的光催化活性只是局限于紫外光照射下，可见光催化活性不佳。文献(影像科学与光化学,2008,26(5):349-356)报道了掺杂WO₃的SiO₂/TiO₂的溶胶热液合成及光催化性能，但该文所提及的掺杂WO₃的SiO₂/TiO₂材料不具有介孔结构，没有高效的吸附能力。

发明内容