[发明专利]一种C/TiO介孔复合光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明采用蒸发诱导自组装方法制备C/TiO前驱体，将前驱体置于管式炉中氮气气氛下 煅烧脱除模板剂P123，酚醛树脂碳化形成介孔碳，并使钛源TiCl₄和TBOT结晶形成TiO₂， 利用高温下介孔碳对TiO₂的还原作用形成TiO，从而得到具有可见光响应性的C/TiO介孔复 合光催化剂。

背景技术

随着工业化的不断深入，环境污染问题日趋严重，寻求缓解环境污染问题的解决方案目 前已成为科学家们研究的热点和焦点。相比于传统的方法，光催化技术充分利用太阳能，能 将对环境产生污染的有机物降解为零污染的小分子物质，是一种有着广阔应用前景的环境友 好型技术。

钛与氧反应能生成一系列钛氧化合物，如TiO，TiO₂，Ti₂O₃，Ti₃O₅等，这些钛氧化合物 具有稳定相结构，其中最常见的钛氧化合物是TiO₂。TiO₂广泛应用于处理产生环境污染的有 机污染物，其具有无毒、氧化性强、化学性质稳定等特点。然而，由于TiO₂带隙宽度较大， 只能吸收能量较高的紫外线，不能有效利用太阳能，而且光生载流子复合率高，限制了其广 泛应用。TiO是一种导电氧化物，不仅具有较低的电阻率，还具有高效的阻隔Al，Si等元 素扩散的能力，其功能与贵金属氧化物RuO₂类似，在分层式微电子结构器件、压电结构器 件中有重要的应用前景。此外TiO还在电极材料、仿金材料等领域有应用研究。但总的说来， TiO受到的关注还远不如TiO₂那么广泛与深入，特别是有关TiO掺杂改性及其基于第一性 原理的研究还少见报道。介孔碳具有较大的比表面积、均一可调的孔径、化学稳定性、机械 稳定性、良好的导电性而受到广泛的关注。这些优点使其成为吸附、分离、催化的理想材料。 此外，介孔碳能对可见光产生强烈的吸收，并具有较强的吸附能力使其在光催化领域具有潜 在的应用。C掺杂TiO后，其金属性导电能带结构没有改变，只是在费米面附近出现C2p态 提供的杂质能级，杂质能级扩展了TiO的导带宽度并提高了费米面附近的电子能态密度，从 而使TiO电导增加，电阻率降低，从而提高光催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种C/TiO介孔复合光催化剂及其制备方法，利用介孔碳在高温 下将TiO₂还原为TiO，并且与TiO形成C/TiO介孔复合光催化剂。所制备的C/TiO介孔复合 光催化剂具有高效的光催化活性。

本发明提供的一种C/TiO介孔复合光催化剂的制备方法，利用介孔碳对可见光的强烈吸 收作用，既显著拓宽了TiO的光谱响应范围，使其具有可见光催化活性，又能促进光催化剂 表面的光生电子和空穴的分离，从而显著提高TiO光催化剂的光催化活性。包括如下步骤：

(1)制备酚醛树脂：将一定量苯酚溶解于浓度为20wt％的NaOH溶液中，混合后连续搅 拌10min，将一定量甲醛逐滴加入上述混合溶液中，60～70℃下搅拌60min。冷却至室温后， 用2mol/L的HCl将溶液的pH值调至6.0，50℃真空干燥；

(2)配置酚醛树脂-乙醇溶液，将0.5～1.5gPluronicP123溶于20g乙醇中，与0.5～5g上 述步骤(1)所制备的酚醛树脂混合，搅拌均匀，得到酚醛树脂-乙醇溶液；

(3)将0.5～1gTiCl₄，2～3g钛酸四丁酯(TBOT)混合均匀后倒入步骤(2)的酚醛树 脂-乙醇溶液中，搅拌30～60min后倒入培养皿中，环境温度下放置5～10h，再置于烘箱中 100～120℃下反应10～15h；

(4)C/TiO介孔复合光催化剂的制备：将上述步骤(3)所得的橙黄色样品研磨成粉末，置 于管式炉中，氮气气氛下，350～450℃加热2～5h以脱除模板剂，再升温至700～800℃保 持2～5h。

本发明中所述的C/TiO介孔复合光催化剂的制备方法中各物质的质量比为P123∶酚醛树 脂∶TiCl₄∶TBOT＝1∶(0.5～5)∶(0.5～1)∶(2～3)。采用蒸发诱导自组装方法制备C/TiO介孔复 合光催化剂前驱体。