[发明专利]Ta‑F‑P‑TiO2纳米光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化技术对于解决日益严重的能源危机和环境污染问题具有广阔的应用前景。纳米TiO₂是目前公认的最具应用前景的半导体光催化材料。在TiO₂的三种晶相结构(板钛矿、锐钛矿、金红石)中，锐钛矿相光催化活性最高。然而，锐钛矿纳米TiO₂光生e-/h⁺复合率高，量子效率低；锐钛矿相是亚稳态，热处理时容易转变为热力学稳定的金红石相，导致光催化活性降低。基于金属和非金属离子表面修饰的协同作用进一步提高纳米TiO₂光催化活性的研究报道很多，但新型高性能TiO₂纳米复合光催化材料的开发仍然面临如下技术难题：如高效共掺杂剂的选择、共掺杂剂的配伍、共掺杂改性技术、相结构控制、半导体带隙调控、表面结构及缺陷控制等影响光催化性能的诸多重要因素的协同控制。

发明内容

本发明是要解决锐钛矿纳米TiO₂光生e-/h⁺复合率高、量子效率低的技术问题，提供了一种Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂及其制备方法。

Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂为均一的锐钛矿相，平均粒径为13.4nm，比表面积为126.5m²·g^-1。

Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂制备方法如下：

一、在冰水冷却搅拌下，将1mL～10mL四氯化钛滴加到1mL～20mL蒸馏水中，得到淡黄色TiCl₄溶液；

二、将0.1g～10g氟化铵溶于1mL～10mL蒸馏水中，得到氟化铵溶液；

三、在室温磁力搅拌下，向TiCl₄溶液中滴加浓度为0.0001mol/L～2mol/L的五氯化钽醇溶液，加入0.05mL～10mL浓度为0.1mol/L～10mol/L磷酸溶液和步骤二得到的氟化铵溶液，再加入1mL～30mL蒸馏水，连续搅拌0.5h～5h，得到无色透明溶胶，其中五氯化钽与TiO₂质量比为0.001％～20％；

四、将无色透明溶胶转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，将釜盖旋紧密封后置于烘箱中，在90℃～220℃水热反应0.5h～24h后，冷却至室温，用蒸馏水进行抽滤洗涤，然后将滤饼转移到蒸发皿中放入真空干燥箱于80℃～150℃干燥1h～48h，即得Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂。

以4-氯酚(4-CP)水溶液在模拟太阳光(500W氙灯)照射下的光催化降解来评价Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂光活性。在模拟太阳光照射下，40mg的Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂对100mL初始浓度为20mg·L^-1的4-CP水溶液的光催化降解一级反应表观速率常数为K_app＝6.39×10^–2min^–1，约为商品P25TiO₂(K_app＝7.11×10^–3min^–1)的9倍。本发明强烈抑制了纳米TiO₂锐钛矿向金红石相转变，强烈抑制了光生e^-/h⁺复合，显著提高了纳米TiO₂光催化降解环境污染物效能，可以利用Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂在太阳光照射下实现环境污染的高效治理，其实用性能大幅度提升。

附图说明

图1是实验一中所得Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂的XRD图；

图2是实验一中所得Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂的BET分析图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式所述Ta-F-P-TiO₂纳米光催化剂为均一的锐钛矿相，平均粒径为13.4nm，比表面积为126.5m²·g^-1。