[发明专利]一种二氧化钛光催化剂自掺杂改性的电化学法

说明书

本发明公开了一种二氧化钛光催化剂自掺杂改性的电化学法。首先对Ti片进行阳极氧化原位生长二氧化钛纳米管阵列(TiO₂NTs)，然后对其阴极还原得到Ti³⁺自掺杂的TiO₂NTs，最后将样品放入通着氮气的管式炉中高温煅烧得到含有稳定的Ti³⁺自改性的TiO₂NTs(Reduced TiO₂NTs)。本发明的效果和益处：首先，含有稳定的Ti³⁺使得材料光催化活性高，性能稳定。其次，制备的TiO₂NTs的管状结构使得光生电子定向传输，较大的比表面积更容易捕获光和接触污染物。最后，材料制备方法绿色、简单，且制备的全固态催化剂方便使用和回收，还可以做电极参与电化学领域的应用。性能损耗严重的催化剂还可以通过超声清洗再次制备，实现催化剂再生，降低成本。

技术领域

本发明属于纳米半导体材料合成技术领域，具体为一种二氧化钛光催化剂自掺杂改性的电化学法。

背景技术

近几年，我国的医疗质量水平、医疗技术能力得到了双提升。药物的种类更多，使用范围也更广泛，药物污染逐渐严重。目前我国土壤、地表水及地下水体中均存在严重的药物污染。以氯霉素(CAP) 为例，该药物因价格低廉、抗菌稳定而被广泛使用。但其对造血系统有着非常严重的毒副反应，不仅会抑制骨髓的造血功能，还能造成再生障碍性贫血疾病。在自然环境水体中CAP基本不会自行降解，且其长时间存在自然水体中对于人类的健康潜在危险甚大。因此，研究出绿色、快速降解CAP类污染物的材料及方法非常重要。

光催化技术因绿色、节能而成为一种在能源和环境领域有着重要应用前景的技术。TiO₂因其无毒、价廉、催化活性高而成为一种非常受欢迎的光催化剂，且TiO₂基光催化材料规模越来越大。近年来，有报告指出Ti³⁺自掺杂产生的缺陷型TiO₂具有较好的可见光响应能力。然而空气中Ti³⁺的不稳定性导致其不能被广泛地引入到功能型纳米材料。因此，本发明通过钛基阳极氧化TiO₂纳米管后进行短时间的电化学阴极还原，然后迅速进性氮气氛围中高温煅烧成功制备含有稳定的Ti³⁺改性的TiO₂ NTs(Reduced TiO₂ NTs)。

发明内容

本发明提供一种二氧化钛光催化剂自掺杂改性的电化学法，以期获得具有较好光响应的TiO₂光催化剂，首先利用简单的阳极氧化法原位生长高度有序的TiO₂ NTs，然后对其进行短时间的电化学阴极还原，最后氮气氛围中高温煅烧成功制备含有稳定的Ti³⁺自改性的TiO₂ NTs，可用于紫外－可见光下降解氯霉素等医药系列污染物。

所述光催化剂的制备方法利用Ti片作为基底原位生长TiO₂纳米管，然后将其作为阴极进行电化学还原，最后在氮气氛围中高温煅烧成功制备含有稳定的Ti³⁺自改性的Reduced TiO₂ NTs。其技术方案包括以下步骤：一种二氧化钛光催化剂自掺杂改性的电化学法，将预处理后的钛片进行阳极氧化之后，然后冲洗烘干进行阴极还原，冲洗后马上在氮气氛围中高温煅烧得到产品；具体步骤如下：

(1)预处理：用剪刀剪出尺寸为1cm*4cm的Ti片，用乙醇、丙酮、去离子水依次超声清洗除去其表面杂质，烘干待用；

(2)阳极氧化：将步骤(1)得到的钛片作为阳极，pt片作为阴极，以含有氟化氢的二甲基亚砜溶液为电解液进行阳极氧化，阳极氧化的电压是30-40V，时间是6-8h。氧化结束后的Ti片用去离子水冲洗并烘干，得到带有淡蓝色的钛基TiO₂ NTs材料；