[发明专利]一种一维纳米材料负载P掺杂TiO2催化剂制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一维纳米材料负载P掺杂TiO₂催化剂制备方法。

背景技术

TiO₂是无毒、低廉、稳定性好、催化活性高的光催化剂而得到广泛使用。为提高其对太阳光的利用率，通常掺杂非金属元素，降低TiO₂禁带宽度，使其在可见光区激发。如P掺杂能提高TiO₂的比表面积、减少晶粒尺寸、抑制锐钛矿型TiO₂向金红石相转化，并且在可见光区存在吸收尾，从而有效地提高TiO₂的可见光催化性能。Shi等发现采用Na₂HPO₄作为前躯体制备的磷掺杂TiO₂具有比纯TiO₂更高的可见光催化性能。Ozaki等制备了多种不同元素改性的TiO₂光催化剂发现，磷掺杂的TiO₂具有最佳光解性能。由此可见磷掺杂可有效提高TiO₂的光吸收性能和光催化反应性能。桑换新课题组研究发现，纳米管结构催化剂的一维结构和高比表面积特性，有利于光生电子-空穴的分离以及加速光生电子的传输，导致P掺杂TiO₂纳米管的光催化活性明显高于P掺杂TiO₂纳米颗粒。

埃洛石纳米管（HNTs）是一种新型的天然多孔纳米晶体材料，价廉易得，不仅同样具备高比表面积和一维纳米尺寸空间效应，更具有独特的结构特点和明显的资源优势。HNTs是一种形态完整的中空管状结构的硅铝酸盐，不封端，管腔内径通常为10~50 nm，管长为500～1000 nm，内表面结构独特，具有作为TiO₂纳米光催化剂载体，提高其比表面积和提供一维结构，提高其光生电子-空穴的分离和光电子的传输的潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种一维纳米材料负载P掺杂TiO₂催化剂制备方法，该方法工艺简单，成本和耗能低，操作方便，可有效提高其光生电子-空穴的分离和光电子的传输，光催化活性明显提高。

本发明的技术方案：一种一维纳米材料负载P掺杂TiO₂催化剂制备方法，以低成本天然埃洛石纳米管（HNTs）为载体，以钛酸丁酯、次磷酸为前驱物，通过溶胶凝胶、离心、干燥、煅烧等程序制备一维负载型P掺杂TiO₂复合光催化剂，具体包括如下步骤：（1）将一定量次磷酸溶于乙醇、冰醋酸和水的混合溶液中，然后加入一定量HNTs粉末，超声5 min，继续搅拌2 h；（2）将一定量钛酸丁酯溶于乙醇溶液中，磁力搅拌下缓慢加入（1）中溶液，继续搅拌2 h， 然后50℃下陈化4 h，经过离心后得到的沉淀物于120℃干燥，干燥后研磨成粉末并于500℃煅烧4 h，制备得到一维负载P掺杂TiO₂催化剂，其中P掺杂TiO₂纳米颗粒高度分散于HNTs表面和管径内部，直径为0.1～5 nm。

所述一维催化载体为天然埃洛石纳米管（HNTs）。

所述P源为次磷酸。

所述催化活性中心成分为P掺杂TiO₂纳米颗粒，直径为0.1～5 nm。

所述P掺杂TiO₂纳米颗粒高度分散于HNTs表面和管径内部。

本发明的优点是：埃洛石纳米管价格低廉，具有一维尺寸特征，可高度分散TiO₂，有效提高其光生电子-空穴的分离和光电子的传输；磷掺杂二氧化钛具有提高TiO₂的比表面积、减少晶粒尺寸、抑制锐钛矿型TiO₂向金红石相转化，并且使其光响应发生红移，有利于提高催化剂对太阳能的利用率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，但是它们并不是对本发明作任何限制。这里仅指出，本发明中使用的试剂和测试设备除特别标明出处之外，均为市售的通用产品。

实施例1。