[发明专利]一种纳米TiO2

说明书

本发明提供了一种纳米TiO₂/Cu₂O多孔复合材料的制备方法，采用低温原位生长法制备了Cu₂O掺杂TiO₂多孔微球的纳米混杂TiO₂/Cu₂O复合半导体光催化材料，该方法于100‑120℃温度条件下即可制备得到催化性能优良、比表面积较高的锐钛型TiO₂/Cu₂O多孔球。该方法采用原位生长法得到的纳米分散型TiO₂/Cu₂O复合体系，具有异质结结合紧密且界面面积大的优点，可以最大限度的发挥能带匹配异质结体系的优势。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种纳米TiO₂/Cu₂O多孔复合材料的制备方法。

背景技术

随着全球环境问题日益严峻和环境标准的不断提高，半导体多相催化技术以其反应条件温和、廉价高效、有机物矿化程度高、不产生二次污染等优点，在倡导协调发展、绿色发展的今天，其在处理难降解有机污染物和净水深度处理方面发挥着越来越重要的作用。

二氧化钛是一种重要的半导体材料，因其物化性质稳定、无毒、光电转化率高（约25%）、反应彻底速度快、降解选择性低等优点，成为一种重要的光催化剂。但TiO₂存在禁带宽度宽（Eg=3.2-3.5eV），仅能对波长小于387nm的紫外光响应，对太阳光的利用率低（2％-4％）的缺点。此外，粉体光催化剂的催化效率高但存在分离和回收难的问题，薄膜光催化剂又存在比表面积较小，光催化反应效率低的缺陷，以上种种均极大限制了光催化技术的广泛应用。因此，如何在充分发挥粉体光催化剂优异光催化能力的前提下，提高其回收利用率，扩宽其光催化响应的波长范围已成为环境污染控制和可持续能源开发利用的重大课题。对TiO₂进行半导体复合和固定负载化是解决上述问题的有效手段。

所谓半导体复合是指两种或两种以上的半导体形成一定微观结构的复合体系。当用足够能量的光激发复合半导体时，由于导带和价带能级的差异，光生载流子会由一种半导体的能级注入到另一种半导体的能级上，从而促使有效的电荷分离，提高光催化效率。近年来，研究较多的TiO₂复合半导体主要有CdS、CdSe、SiO₂、Fe₂O₃、WO₃、SnO₂、ZnO等。

Cu₂O是典型的窄禁带p型半导体，其禁带宽度为2.0eV，在可见光下就具有光响应性能，被认为是继TiO₂之后最有应用潜力的半导体光催化剂之一，其在太阳能电池、废水处理、光致变色等领域的应用已日益受到重视。由于Cu₂O的禁带宽度比TiO₂窄，因此具有比TiO₂更高的光利用率（11%-13%），但缺点是光电转换效率比TiO₂低（1%）。TiO₂与Cu₂O优缺点互补，将TiO₂与Cu₂O两者结合能够更好的发挥光催化性能。

现有的TiO₂/Cu₂O复合材料的制备方法为以下几种类型：

（1）核壳型