[发明专利]一种磺化钴酞菁敏化二氧化钛复合光催化剂的制备方法

说明书

一种磺化钴酞菁敏化二氧化钛复合光催化剂的制备方法，属于无机‑有机复合催化材料制备技术领域。将磺化钴酞菁经提纯、活化后与二氧化钛纳米粒子在水溶液中常温常压反应10‑24小时形成磺酸酯型化学键合，然后经过滤、洗涤及干燥后得到质量比为0.5‑2.0:100的复合光催化剂。该方法可以将磺化钴酞菁有效负载于二氧化钛纳米粒子，以扩展光催化剂的可见光响应特性，且不会改变二氧化钛纳米粒子的晶型分布。通过该方法制备的复合光催化剂具有显著提高的可见光催化活性，在相同条件下，复合光催化剂在模拟废水中对亚甲基蓝染料的降解效率是未经敏化的二氧化钛纳米粒子的2.4倍。本发明方法不使用有机溶剂，常温常压反应，低成本、低能耗。

技术领域

本发明属于无机-有机复合材料制备技术领域，具体涉及一种磺化钴酞菁敏化二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其在可见光光催化方面的应用。

背景技术

环境污染日益成为人类面临的重大问题之一，其中废弃有机物对水资源的污染尤为严重。随着光催化技术的发展，光催化降解水中有机污染物在环境治理方面逐渐体现了巨大的潜力。而其成本低、无二次污染、可直接利用太阳光等优点也倍受关注。

半导体光催化剂以其高活性、低成本、稳定性好而引起人们极大的研究兴趣，是一种有巨大潜力的催化材料。在目前的光催化研究中，TiO₂被视为最具代表性的环保型光催化剂。然而，TiO₂的禁带宽度(3.2eV)较大，只能对波长小于387nm 的太阳光进行有效吸收，这部分只占太阳光总能量不到10％，而对其余占太阳光总能量>90％的可见和近红外辐射无法利用；同时，TiO₂纳米晶光催化剂的光致电荷分离态易于复合，导致光量子效率降低，通常不会超过10％。这两点使得传统 TiO₂光催化技术的总体效率非常有限，极大的限制了其推广应用。所以设计开发具有可见光利用能力的基于TiO₂的光催化剂成为近年来光催化领域的前沿问题。目前已有报道可以部分利用可见光用于驱动光催化反应。例如：掺杂N元素或钒、铬、稀土等金属元素可使TiO₂的光谱响应扩展到400nm以上；负载在HMS,MCM41 等分子筛上后TiO₂也可对可见光产生部分响应。但上述方法对催化剂光谱响应范围的扩展非常有限，通常不会超过450nm。

染料敏化技术可以有效扩展半导体纳米粒子的光谱响应范围到可见光甚至近红外区，同时提高光致电荷分离态的量子产率，从而优化其光催化效率。酞菁金属配合物是一类性能优异的有机功能染料，具有下列特点：1)较宽的光谱响应范围(200-700nm)和高达10⁵-10⁶的摩尔消光系数，从而具有很好的吸光能力； 2)较小的电子重组能和较强的给电子能力，从而可以提高染料-半导体纳米晶界面的电荷分离能力，提高光能利用效率；3)良好的化学修饰性能，可以通过共价或超分子作用与基体进行稳定的耦合；4)较高的光稳定性、化学稳定性和热稳定性，可以有效限制光漂白和自敏化降解，保证较长的使用寿命和复杂环境适应性。上述特点表明酞菁类染料特别适合于作为TiO₂纳米粒子的敏化剂，用于复合光催化功能材料的制备。

目前已有报道通过气相沉积、物理共混、高温焙烧或溶液浸渍法制备酞菁敏化的TiO₂粉体或薄膜，然而存在制备成本高、均匀性差、消耗大量有机溶剂等缺点。利用水热法可以制备均匀原位复合的酞菁-TiO₂杂化粉体，然而这种高温高压反应具有能耗高、难以大批量生产等不利因素。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种环保、低成本且适宜于大规模生产的方法，用于制备金属酞菁敏化的TiO₂可见光光催化材料。

一种磺化钴酞菁敏化二氧化钛复合光催化剂的制备方法，其特征在于，组分有二氧化钛纳米粒子和磺化钴酞菁，磺化钴酞菁经过活化处理转化为磺酸钴酞菁，具体步骤为：