[发明专利]一种P-N异质结复合催化剂的制备方法及产品和应用

说明书

本发明涉及一种P‑N异质结复合催化剂的制备方法及产品和应用，其制备包括：1)钛铁矿强碱回流处理，经分离，清洗，干燥，研磨过筛，得到钛铁矿颗粒；2)将钛铁矿颗粒与二氧化钛或二氧化钛前驱体分散在反应溶剂中搅拌混合，经分离，清洗，干燥研磨，得到混合固体粉末；3)混合固体粉末进行焙烧，得到P‑N异质结复合催化剂。该方法制备的P‑N异质结复合催化剂具有高效的可见光催化活性。

技术领域

本发明涉及复合催化剂的制备领域，具体涉及一种P-N异质结复合催化剂的制备方法及产品和应用。

背景技术

锐钛矿TiO₂是一种n型半导体光催化剂，具有光化学稳定性好、耐腐蚀、矿产资源丰富，没二次污染等优点。而且其禁带宽度大(约为3.2ev)，对紫外光有很强吸收，因此在有紫外光条件下对有机物的光催化降解能力高，已成为最具有应用前景的光催化剂之一。

然而自然条件下的太阳辐射能量中紫外光只占5％左右，400nm-800nm可见区光子对其催化并没产生作用，因此TiO₂在太阳光条件下对有机物的光降解率非常低，这就极大的限制了其在光催化领域的应用。为拓宽其光响应范围，使得在太阳光全谱范围内都能激发二氧化钛产生电子空穴对，需要对其敏化改性。

钛铁矿是一种p型半导体材料，具有无毒、成本低等优点。钛铁矿在可见光区的吸收系数较高，禁带宽度(3.0ev左右)。但是现有技术中，钛铁矿往往是用于制备的TiO₂原料，如CN 1522963 A公开一种制备金红石二氧化钛的方法，利用固相反应，直接以钛铁矿(FeTiO₃)为原料，通过高能球磨的固相反应技术，经过焙烧和酸浸，最终得到金红石型二氧化钛。如CN107226482 A公开一种二氧化钛的制备方法，包括：在惰性气氛下使钛铁石与氨气以及氟化氢气进行反应，从而分解成钛化合物以及铁化合物；对钛化合物进行第一次热处理，生成钛的氟化物；在氧化气氛下对钛的氟化物与氨水一同进行第二次热处理，生成二氧化钛；对二氧化钛进行煅烧，以制备锐钛矿或者金红石型二氧化钛。

但是，由钛铁矿为原料制备得到的锐钛矿或者金红石型二氧化钛在可见光下不具有高效的光催化性能，限制了其在光催化领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种P-N异质结复合催化剂的制备方法及产品和应用，具有高效的可见光催化活性。

本发明所提供的技术方案为：

一种P-N异质结复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)钛铁矿强碱回流处理，经分离，清洗，干燥，研磨过筛，得到钛铁矿颗粒；

2)将钛铁矿颗粒与二氧化钛或二氧化钛前驱体分散在反应溶剂中搅拌混合，经分离，清洗，干燥研磨，得到混合固体粉末；

3)混合固体粉末进行焙烧，得到P-N异质结复合催化剂。

二氧化钛为n型半导体而钛铁矿为P型半导体，本发明采用高温焙烧固体反应使钛铁矿颗粒与二氧化钛形成P-N异质结，p-n异质结是p型半导体和n型半导体接触界面所形成的特殊结构，半导体中有电子和空穴两种自由载流子，在p型半导体中的多子为空穴，在n型半导体中的多子为电子，当这两种半导体相互接触时，在接触的界面就会形成载流子的浓度差，使得空穴向n型半导体区扩散，电子向p型半导体区扩散，在界面处留下固定的正负电荷，这个由n型半导体区指向p型半导体区的空间电荷区称为内建电场。当光照射在半导体上，半导体被光激发产生电子和空穴，由于浓度差跃迁至空间电场的光生电子和空穴在内建电场的驱使下发生定向移动，这就促进了光生电子空穴对的分离，同时内建电场阻止电子空穴对的复合，进而提高半导体的光催化活性。

本发明中所述强碱采用8-12M的NaOH或KOH；所述回流处理的时间为0.1-1h。

本发明中所述过筛选择100-200目的钛铁矿颗粒。