[发明专利]具有可见光催化活性的TiO2纳米材料、应用及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光催化活性的纳米材料、应用及其制备方法，具体涉及一种具有可见光催化活性的TiO₂纳米材料、应用及其制备方法。

背景技术

TiO₂是一种具有广阔应用前景的重要功能材料，具有良好的光催化活性，近年来在水资源保护等领域有广泛的应用。TiO₂作为光催化剂处理污水，在紫外线照射条件下，能够降解3000多种难降解的有机化合物。在各类半导体光催化材料中，TiO₂具有生物和化学惰性，强的抗光和化学腐蚀能力，最适合广泛的环境应用。

但是TiO₂带隙较宽，锐钛矿的TiO₂禁带宽度为3.2eV，相当于波长为387.5nm光子的能量，因此TiO₂只能有效利用波长小于387.5nm的紫外光。然而太阳光中紫外光部分所占的比例只有2%–4%，太阳光中占很大比例的可见光部分无法得到有效的利用。因此，通过各种修饰方法改进TiO₂可见光催化活性已经成为光催化领域的一个研究热点，如金属离子掺杂，非金属（C、N、F、S）掺杂，贵金属沉积和染料光敏化等方法，这些研究都取得了一定的结果。但是大部分的修饰方法通常需要加入除了TiO₂以外的其它试剂，使得制备工艺变得复杂，成本也会相应提高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具有可见光催化活性的TiO₂纳米材料及其制备方法，本发明的TiO₂纳米材料不仅可以在可见光的照射下有较强的光吸收，并且其制备工艺简单，所使用原料只有TiO₂和去离子水，没有其他试剂，同时不需要高温高压等反应装置，设备简单，操作方便，所需时间短，较大程度上节约工艺成本。

为解决以上技术问题，本发明提供的第一方面的技术方案为采用一种具有可见光催化活性的TiO₂纳米材料，纳米材料颗粒为球状，球的直径为20-500nm，颗粒的表面覆盖有Ti³⁺和Ti-OH。

优选的，Ti³⁺在颗粒表面的面积覆盖率为10%-50%。

优选的，球的直径为80-300nm。

优选的，球的直径为80-200nm。

本发明还提供第二方面的技术方案即前述任一所述的TiO₂纳米材料在可见光催化上的应用，所述TiO₂纳米材料在可见光照射下存在光吸收现象。

优选的，所述可见光的波长为380-780nm。

本发明还提供第三方面的技术方案即前述任一所述的具有可见光催化活性的TiO₂纳米材料的制备方法，所述制备方法按照以下步骤进行：1）制备TiO₂悬浊液：将TiO₂粉末加入到去离子水中，超声1-30min，得到TiO₂悬浊液；2）激光处理：使用功率为0.01-5.0W的激光照射步骤1）中制备的TiO₂悬浊液1-500min；3）离心干燥：将步骤2）中使用激光处理后的TiO₂悬浊液经过离心后，倒掉上层清液，放入烘箱中干燥5-24h，最终得到具有可见光催化活性的TiO₂纳米材料。

优选的，步骤1）中TiO₂和去离子水的质量比为1：（20-100）。

优选的，步骤1）中TiO₂和去离子水的质量比为1:（50-100）。

更进一步优选的，TiO₂的加入量优选为10-50mg，去离子水的加入量优选为0.5-5g。

优选的，步骤2）中激光照射功率优选为0.05W-2.0W。

更进一步优选的，步骤2）中激光照射功率优选为0.1W-0.5W。

优选的，步骤2）中激光照射时间优选为60-500min。

更进一步优选的，步骤2）中激光照射时间优选为120-300min。

优选的，步骤2）中所述激光为Nd:YAG激光，波长为355nm。

优选的，步骤3）中烘箱温度为60-160℃。