[发明专利]一种复合光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种复合光催化材料，包括片状的羟基磷灰石和包覆于其上的二氧化钛，所述羟基磷灰石的长度为0.5～3μm，所述二氧化钛的粒径为10～30nm，并且所述二氧化钛的表面还沉积有铜和银，本发明以羟基磷灰石为载体，在羟基磷灰石水热合成的过程中使纳米二氧化钛均匀负载在羟基磷灰石的表面，后在纳米二氧化钛表面均匀沉积铜和银，本发明的复合光催化材料充分利用了羟基磷灰石、二氧化钛、铜和银的协同配合作用，该复合材料的光催化效率和使用寿命均优于现有材料的水平。

技术领域

本发明涉及一种复合光催化材料，尤其涉及一种纳米二氧化钛包覆在羟基磷灰石的表面，同时纳米二氧化钛的表面还沉积有银和铜的复合光催化材料，属于光催化材料技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，大气、土壤和水的污染等问题变得日益严峻，为了解决上述的环境问题，研究工作者们开始把目光投向了环境友好的光催化技术领域，光催化材料是指通过该材料、在光的作用下发生光化学反应所需的一类半导体催化剂材料，世界上能作为光催化材料的有很多，包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为世界上最当红的纳米光催化材料。

TiO₂的晶型、晶粒大小和粒径、表面态等因素对其光催化性能都有较大的影响。表面积大的纳米粒子由于其表面效应和体积效应，决定了它具有很好的催化活性和选择性。纳米TiO₂由于其量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立能级，能隙变宽，导带电位变的更负，而价带电位变的更正，这意味着其具有更强的氧化和还原能力；又因为纳米粒子的粒径小，光生载流子比粗颗粒更加容易从粒子内部迁移到表面，明显减小了电子与空穴的复合几率，也有利于提高光催化性能。

但由于二氧化钛带隙较宽(锐钛矿＝3.2eV)，因此其仅对紫外光响应，光谱利用范围窄，此外，其电子空穴易快速复合导致载流子效率低，应用在光催化领域中存在光量子效率较低、催化效率有待提高、催化剂难以固载化、不易于回收等问题，限制了二氧化钛在实际中的应用。

为了解决二氧化钛的上述问题，研究学者们通过不同的方法对二氧化钛进行改性，如离子掺杂、半导体复合、贵金属负载、形貌晶面调控等，主要目的在于拓宽光吸收范围、提升量子效率、促进表面反应的发生。通过贵金属沉积，可有效捕获光生电子进而提高半导体催化活性，贵金属沉积在半导体表面通常表现为两方面作用：一是有利于光生电子-空穴对的有效分离；二是通过降低还原反应的超电势来提高光催化活性，但贵金属稀少而且价格昂贵，阻碍了其进一步的实际应用。

羟基磷灰石对有机污染物具有很强的吸附作用，并且无毒无害，近年来，对羟基磷灰石/二氧化钛复合材料的研究一直不断，Taoda等在二氧化钛表面包覆了羟基磷灰石，从而提高了二氧化钛杀菌、除臭等功能。那驰等合成了二氧化钛/羟基磷灰石中空复合微球，这二氧化钛/羟基磷灰石复合微球表现了不同的吸附性能及紫外光催化性能。但是，上述方法均需要随后的热处理以得到结晶态的二氧化钛，不利于得到纳米复合材料。

发明内容

本发明针对纳米二氧化钛作为光催化材料所存在的不足，提供一种复合光催化材料及其制备方法和应用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种复合光催化材料，包括片状的羟基磷灰石和包覆于其上的二氧化钛，所述羟基磷灰石的长度为0.5～3μm，所述二氧化钛的粒径为10～30nm，并且所述二氧化钛的表面还沉积有铜和银。

进一步，所述二氧化钛与羟基磷灰石的摩尔比为1：（0.5～5），优选1：（2～3）。

进一步，所述铜与银的摩尔比为（3～5）:1。

进一步，所述铜和银的总量与二氧化钛的摩尔比为1：（2～4）。

上述复合光催化材料的制备方法如下：