[发明专利]地膜状二维纳米薄层钛酸钠覆盖氧化银/氧化钛异质结光催化膜层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种地膜状二维纳米薄层钛酸钠覆盖氧化银/氧化钛异质结光催化膜层材料及其制备方法，属于纳米光催化材料制备技术领域，解决了目前氧化钛异质结与窄禁带或者具有长波长光吸收能力的半导体结合和与助催化剂结合以增加活性位点两方面难以同时实现的问题，本发明光催化膜层材料的结构由内、中、外三层构成，外层为一层地膜状连续的纳米NTO保护层，中层为Ag₂O修饰层，内层为TiO₂层，呈现微弧氧化膜层的多孔形貌。纳米Ag₂O和TiO₂形成的异质结结构可以减少光生电子‑空穴对得复合几率，而且还拓宽了TiO₂本身的光响应范围，提高了其对可见光范围内光的吸收，而外层NTO在保护氧化银不被光解腐蚀的同时还具有很好的吸附作用，提高了光催化降解效率。

技术领域

本发明属于纳米光催化材料制备技术领域，特别涉及一种连续的“地膜状”二维纳米薄层钛酸钠(Na_(2n-4m)Ti_mO_n,简称NTO)、氧化银(Ag₂O)纳米颗粒、二氧化钛(TiO₂)多孔薄膜异质结光催化膜层材料及其制备方法。

背景技术

TiO₂传统的光催化材料，由于具有稳定性高、安全性好、催化活性强且无毒，制备原料广，价格低廉等特点而被沿用至今。但是由于TiO₂材料自身的结构原因，存在诸多不足。其一，TiO₂的禁带宽度比较大(3.2ev),对光的响应范围窄，仅能吸收紫外光，而紫外光只占太阳光的4％左右，因此二氧化钛对于太阳光的利用率低；其二，TiO₂的光生电子-空穴对复合效率较高，量子利用率较低，严重影响二氧化钛的光催化活性。其三，从催化动力学方面，TiO₂与绝大多数催化剂一样，表面对污染物的吸附能力弱，活性位点少。为解决上述问题，研究者先后尝试过多种策略。例如，对TiO₂的晶粒结构进行调控，通过纳米化、片层化或是制备成多孔结构，以提高TiO₂的比表面积，缩短光生电子或空穴到达晶粒表面的路径，以减少电子-空穴对复合损失。或者对TiO₂进行掺杂，以调控TiO₂的能带结构，缩小能带宽度，提高光利用率和电荷迁移率。然而到目前为止，最有效的解决方式是将其与其他材料相复合，构成异质结结构。异质结结构的构成原则一般考虑两方面因素，其一，将TiO₂与窄禁带或者具有长波长光吸收能力的半导体或其他材料相结合，以改善光吸收能力和电荷迁移率，提高整体的光利用率；其二，将TiO₂与助催化剂结合，以增加活性位点(包括吸附活性位点和催化反应活性位点)，从动力学角度提高光催化反应速率。以上两方面因素，贯穿于光催化反应由光能到电能再到化学能转化的全过程。一种良好的光催化剂必须同时兼具这两方面因素，然而如何将上述两方面因素进行有机地统一却是一个难点。到目前为止，仍没有有效的解决方案和适合的催化剂材料。因此也成为了光催化剂研究特别是TiO₂异质结光催化剂改性研究方面的热点和难点。

针对上述问题，本发明提出一种连续的“地膜状”二维纳米NTO薄层覆盖的Ag₂O/TiO₂异质结光催化剂材料(简称NTO/Ag₂O/TiO₂)及其制备方法，以解决TiO₂光催化效率低的问题，使其满足有机污染物光催化降解领域对高效、低成本、高稳定性光催化剂的迫切需求。