[发明专利]一种TiO2

说明书

本发明公开了一种TiO₂/Fe₂O₃复合粉体的制备方法，采用植物的绿色叶子作为生物模板和光催化反应载体，调节TiO₂/Fe₂O₃的微观结构和晶型，并在光照下进行催化反应，低温下制备得到TiO₂纳米颗粒（量子点）/Fe₂O₃叠层棒状结构的复合粉体；还公开了该TiO₂/Fe₂O₃复合粉体用作光催化剂或新能源材料中；该制备方法温度低、成本低廉、操作简单，且制备的TiO₂/Fe₂O₃复合粉体具有新颖的纳米颗粒（量子点）/叠层纳米棒微观结构，比表面积大，光催化性能好（光催化降解及光水解产氢）。

技术领域

本发明属于光催化及新能源技术领域，涉及二氧化钛（TiO₂）/氧化铁（Fe₂O₃）光催化及新能源技术领域，特别涉及一种TiO₂纳米颗粒（量子点）/Fe₂O₃叠层纳米棒复合粉体的制备方法，以及制备得到的TiO₂/Fe₂O₃复合粉体的用途。

背景技术

近年来，研究人员为了更有效地利用太阳能这个取之不尽、用之不竭的清洁能源，以期可持续地解决目前所面临的能源危机，开始大量关注光响应的光催化剂。其中，TiO₂作为一种半导体光催化剂，由于其成本低，无毒性，化学物理稳定性高，被人们广泛应用于太阳能水分解产氢、二氧化碳转化、太阳能转换和储存、降解有机物、污水处理等多个方面。遗憾的是，TiO₂的禁带宽度较宽（Eg=3.2 eV），抑制了其吸收可见光的能力，仅能吸收紫外光。而可见光占太阳能光谱的大部分，大大限制了太阳能的利用率。因此，目前的研究集中在如何将TiO₂的吸收光谱扩展至可见光区，从而获得较好的可见光催化性能。

近些年来，研究者成功通过将金属（银、金、铂等）或非金属（碳、硫、氟、氮等）掺杂至TiO₂中，得到具有可见光催化活性的TiO₂粉体，应用于可见光水解产氢和水污染处理。

例如，早在1986年，Sato等人发现氮的引入可以使TiO₂具有可见光活性（Sato S.Photocatalytic Activity of NO_x-doped TiO₂ in the Visible Light Region.Chem.Phys. Lett., 1986, 123: 126-128）。目前，制备金属或无机非金属掺杂TiO₂的方法各种各样，如：磁控溅射法、离子注入法、化学蒸发沉积法、灼烧法、溶胶-凝胶法等。但这些常规的制备方法通常需经过高温过程或采用昂贵的添加剂来实现TiO₂粉体的有效的掺杂。成本高，效率低，且所得的掺杂TiO₂粉体的光催化活性效率有待提高。

因此，研究者们试图通过另一个有效途径来提高TiO₂的可见光催化活性，即用一个较窄带隙的材料和TiO₂结合，创建一个半导体结。目前通常选取的窄带隙的材料有Fe₂O₃、CuO、Cu₂O、CdSe、CdTe等。这些材料与TiO₂复合，得到具有广泛波长范围的紫外-可见光吸收的新颖复合结构，并在光解水产氢和环境污染物处理上表现出更优异的性能。其中特别值得关注的是，赤铁矿作为氧化铁的一种，是一种活跃的纳米催化材料。由于其较窄的带隙宽度（Eg=2.2 eV）、低成本、高稳定性，被作为最具有潜力的候选材料，用于制备具有更优异的结构和光电性能的TiO₂复合材料。