[发明专利]氧缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于二氧化钛光催化材料合成领域，具体涉及氧缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用。氧缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：a、将二氧化钛均匀分散于等离子体反应器中，并通入工作气体对反应器进行排空处理；b、保持工作气体的持续通入，在等离子体反应器的电压为80～140V、电流为1.35～1.93A的条件下，处理20～50min，得到氧缺陷纳米二氧化钛催化剂；其中，所述工作气体由H₂与N₂组成。本发明制备方法简单，且制得的催化剂对有机物的催化降解活性好。

技术领域

本发明属于二氧化钛光催化材料合成领域，具体涉及氧缺陷二氧化钛催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

自1972年Fujishima和Honda(A Fujishima,Honda K.Electrochemicalphotolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature,1972,238(5358):37-38.)发现在紫外光的照射下二氧化钛单晶电极能将水分解为氢和氧(Honda-FujishimaEffect效应)以来，二氧化钛光催化就引起了众多研究者的广泛研究；由于二氧化钛低廉、无毒、紫外光响应和环境储量大等优点，近几十年来被广泛用于有机物降解、太阳能电池、水解制氢和生物技术等方面。然而，二氧化钛自身禁带较宽(3.2ev)、电子空穴复合率高、仅在紫外光下响应(紫外仅占太阳光的5％) 等缺点，限制了二氧化钛在可见光下的催化应用，因此制备出具有高可见光响应和高可见光催化性能的二氧化钛催化剂成为了众多科学家和学者共同努力的方向。

对于二氧化钛的改性很多学者提出了元素掺杂、异质结、尺寸效应、形貌效应、限域效应、晶面效应和缺陷效应等提高其可见光下催化响应的能力。据报道，二氧化钛表面的缺陷可以成为光诱导电荷的陷阱(Fei Han,Mao Xin,Xu Qing-Hua.Flower-like Au/Ag/TiO_2 nanocomposites with enhanced photocatalytic efficiency under visiblelight irradiation[J].Science China,2017,60(4):521-527.)，抑制电子-空穴的复合，同时还可能会暴露出更多的高活性的晶面，这都将有助于二氧化钛催化剂催化性能的提升。在制备含有缺陷和Ti³⁺自掺杂的二氧化钛过程，往往采用元素掺杂、高温煅烧的方法，以上方法在制备过程中往往过程复杂且耗能较高，不利于实现工业化应用。

等离子体作为物质的第四态，等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，处于等离子体状态下的高能活化气体具有表面刻蚀功能(赵亚楠.射频等离子体氨合成及其动力学研究[D].2013.)，因此等离子体作为近年来的研究热点已经被广泛应用于化学领域，已经有部分学者对等离子体在改性二氧化钛中扮演的作用展开了研究。目前亟需开发一种制备过程简单、易于操作、生产成本低、催化活性高和容易实现工业化应用的二氧化钛改性方法。

因此开发一种具有高活性的且制备方法简单和适用于工业化大规模生产的二氧化钛催化剂是亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题就是提供一种制备方法简单的氧缺陷二氧化钛催化剂的制备方法。

氧缺陷二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a、将二氧化钛均匀分散于等离子体反应器中，并通入工作气体对反应器进行排空处理；

b、保持工作气体的持续通入，在等离子体反应器的电压为80～140V、电流为1.35～1.93A 的条件下，处理20～50min，得到氧缺陷纳米二氧化钛催化剂；

其中，所述工作气体由H₂和N₂组成。

优选的，所述二氧化钛为纳米二氧化钛；更优选的，二氧化钛为P25型纳米二氧化钛。