[发明专利]一种可见光响应TiO2

说明书

本发明为一种BCNO纳米片负载TiO₂的可见光响应催化剂的制备方法。该方法采用丙三醇为溶剂，利用硼酸、六次甲基四胺和钛酸丁酯为原料合成BCNO纳米片前躯体，然后在空气氛围的马弗炉中烧结，一步合成BCNO纳米片负载TiO₂的复合催化剂。该TiO₂/BCNO纳米片催化剂的光吸收由紫外延伸至可见光区，可以作为可见光催化剂增大太阳能转换、光解水和降解环境污染物等的效率。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，更加具体地说，涉及一种可将光响应催化剂 BCNO(硼碳氮氧)纳米片负载金属氧化物TiO₂的制备方法及性能研究。

背景技术

催化剂的主要作用是降低化学反应的活化能，加速反应速率，被广泛应用于化学电源、制药、环境保护等方面。金属氧化物在催化剂领域中非常重要，可作为助催化剂、主催化剂被广泛使用，而常用过渡金属氧化物催化剂中，二氧化钛 (TiO₂)做为光催化剂极具应用前景，它具有高活性、无毒性、化学惰性等优点，但是也存在两个主要缺点：一是光响应范围窄并且只能在紫外光下产生催化效应；二是易光生电子-空穴复合，限制了光生电子的产生和利用，所以亟需找到在可见光(能量低)下能使TiO₂产生电子跃迁并抑止电子空穴复合的方法。因此，亟需找到在可见光(能量低)下能使TiO₂产生电子跃迁并抑止电子-空穴复合的方法。B、N、Fe等不同元素掺杂虽然能够减小TiO₂的禁带宽度，增加可见光响应，但是由于工艺复杂且可控性和重复性较差，不利于工业化生产。此外，将TiO₂负载在合适的载体材料上形成复合材料也是提高TiO₂可见光响应的有效手段。由于载体对可见光的强吸收可以将TiO₂复合体系的光响应范围延伸到可见光区，从而提高可见光光催化性能。目前载体一般采用窄带隙半导体材料，并且通常采用两步法进行合成，首先合成窄带隙载体材料，然后再通过物理或化学方法将TiO₂负载在载体材料上，该方法步骤繁琐、不易于工业生产。因此寻找一种制备方法简单、载体材料价格低廉，并且可以一步实现TiO₂与载体复合的可见光响应催化剂具有重要的研究意义和应用价值。硼碳氮氧(BCNO)是一种新型窄带隙半导体材料，吸收可覆盖整个可见光区域，并且价格低廉、无毒无污染、制备方法简单。目前我们实现了BCNO纳米片的可控制备，如果将TiO₂负载在BCNO纳米片上不仅可以进一步提高TiO₂的比表面积，更有利于提高其在可见光范围的催化性能。基于以上背景，本发明提出了一步法合成可见光响应催化剂BCNO纳米片负载TiO₂的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于针对目前过渡金属氧化物TiO₂对可见光利用率低的弱点，提供一种一步法合成可见光响应的BCNO纳米片负载TiO₂的工艺。该发明采用丙三醇为模板剂，以硼酸为硼源，六次甲基四胺为氮源，钛酸丁酯为钛源，利用丙三醇为模板，硼酸和六次甲基四胺缩合加成形成BCNO纳米片前躯体，钛酸丁酯均匀负载在BCNO纳米片前躯体上，通过一次烧结合成BCNO纳米片负载TiO₂的复合催化剂。通过改变负载量和硼氮比提高TiO₂的可见光催化性能并用于亚甲基蓝染料的可见光降解。

本发明的技术方案为：

一种BCNO纳米片负载TiO₂的可见光响应催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将不同配比的硼酸、六次甲基四胺加入到50mL的烧杯中，再加入 20-30mL的丙三醇；其中硼酸用量为0.002mol，硼酸：六次甲基四胺＝1:1～3；然后在30～50℃下加热搅拌4～5小时使硼酸和六次甲基四胺完全溶解；

步骤2：加入不同量的钛酸丁酯，搅拌1～2小时后，放入烘干箱中140～160℃下保温2～3小时，缓慢的把丙三醇蒸干，形成BCNO纳米片负载氧化钛的前躯体；