專利名稱：一種具有捕捉-催化性能的氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化材料及其表面改性方法，特別涉及一種具有捕捉-催化性能的氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑以及該催化劑的制備方法，屬于光催化材料及其制備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在全球性環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天，如何高效治理環(huán)境污染引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。而二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N性能穩(wěn)定的高效光催化劑，具有價(jià)格低廉，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，使其成為目前研究最為深入和廣泛的半導(dǎo)體材料之一。但粉末狀納米二氧化鈦在使用過程中存在著分離和回收的困難，限制了光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，而一維二氧化鈦納米帶可以克服上述缺點(diǎn)，日益成為研究的熱點(diǎn)。但由于二氧化鈦納米帶禁帶寬度較寬(3.2eV),只能利用紫外光，而紫外光只占到太陽光總能量的5%，對(duì)太陽光的利用率很低。因此，拓展二氧化鈦納米帶的光響應(yīng)光譜范圍從紫外光光區(qū)到可見光光區(qū)，已成為增強(qiáng)二氧化鈦納米帶光催化效應(yīng)所面臨和需要解決的問題。氧化鈰是一種能被可見光激發(fā)的半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為2.7eV，無毒并且成本低，受到廣泛的研究。因此在二氧化鈦納米帶表面負(fù)載可見光催化劑，如氧化鈰，既可以降低光生電子空穴的復(fù)合，也能拓展可將光催化響應(yīng)，是一種有效的增強(qiáng)紫外及可見光催化效應(yīng)的技術(shù)途徑。然而迄今為止，對(duì)于氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑的制備及光催化應(yīng)用還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有捕捉-催化性能氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑及其制 備方法。本發(fā)明所述具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化齊U，其特征在于:所述催化劑由二氧化鈦納米帶和在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒構(gòu)成，其中所述二氧化鈦納米帶的寬度為50-200nm,厚度為20_40nm,所述在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒的直徑為6 土 2nm。上述具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，步驟是:(I)將摩爾比為1:10-10:1的硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合，充分溶解于去離子水中形成透明溶液；(2)將氨水滴加到透明溶液中，調(diào)節(jié)溶液pH值至ρΗ=10±0.1，并磁力攪拌1±0.I小時(shí)，然后將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)釜內(nèi)100° C±l° C下反應(yīng)48±2小時(shí)；(3)過濾步驟(2)中反應(yīng)后的溶液，將生成的沉淀物用去離子水洗滌，然后將分離到的沉淀物置80 ° C ± 1° C保溫12 ± 2小時(shí)；
(4)將保溫處理后的沉淀物置550° C±10° C條件下退火2±0.2小時(shí)，即得具有捕捉-催化性能的氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑。 上述具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法中:所述硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合的摩爾比優(yōu)選為2:10。本發(fā)明利用共沉淀法和水熱法得到氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑，該光催化劑具有比表面積大，容易捕捉污染物分子，可以有效抑制光生電子空穴的復(fù)合和利用紫外及可見光，有效提高太陽光的利用率，從而具有顯著的光催化增強(qiáng)效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)知本發(fā)明所述光催化制備方法得到二氧化鈦納米帶表面氧化鈰納米結(jié)構(gòu)分布有6納米左右，二氧化鈰納米顆粒的存在顯著提高了對(duì)污染物分子的捕捉。本發(fā)明利用共沉淀法和水熱法，在二氧化鈦納米帶表面負(fù)載氧化鈰納米顆粒，方法簡(jiǎn)單，成本低，制備的具有捕捉-催化性能氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)比表面積大，易于捕捉污染物分子，有利于紫外及可見光的吸收，顯著抑制光生電子空穴的復(fù)合，從而大大提高了材料的光催化性能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例2制備的氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的低倍透射電鏡(TEM)像(圖a)、高分辨透射電鏡(HRTEM)像(圖b)和選取電子衍射像(圖b插圖)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)和單一結(jié)構(gòu)氧化鈰納米顆粒、二氧化鈦納米帶、P25對(duì)甲基橙溶液的光催化降解率-時(shí)間的變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例1將摩爾比為1:10的硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合，充分溶解于去離子水中形成透明溶液，將氨水滴加到透明溶液中，調(diào)節(jié)溶液PH值到10，并磁力攪拌I小時(shí)，然后將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)爸內(nèi)100° C下反應(yīng)48小時(shí),過濾反應(yīng)后的溶液,將生成的沉淀物用去離子水洗滌，然后將分離到的沉淀物置80° C保溫12小時(shí)，將保溫處理后的沉淀物置550° C條件下退火2小時(shí)，即得具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑，其中所述二氧化鈦納米帶的寬度為50-200nm，厚度為20_40nm，所述在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒的直徑為6 土 2nm。實(shí)施例2將摩爾比為2:10的硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合，充分溶解于去離子水中形成透明溶液，將氨水滴加到透明溶液中，調(diào)節(jié)溶液PH值到10，并磁力攪拌I小時(shí)，然后將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)爸內(nèi)100° C下反應(yīng)48小時(shí),過濾反應(yīng)后的溶液,將生成的沉淀物用去離子水洗滌，然后將分離到的沉淀物置80° C保溫12小時(shí)，將保溫處理后的沉淀物置550° C條件下退火2小時(shí)，即得具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑，其中所述二氧化鈦納米帶的寬度為50-200nm，厚度為20_40nm，所述在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒的直徑為6 土 2nm。上述所得氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的TEM，HRTEM，和選取電子衍射圖如圖1所示，證明了氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成。圖2為所得氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化降解率-時(shí)間的變化曲線。結(jié)果表明，與單一結(jié)構(gòu)的氧化鈰納米顆粒、二氧化鈦納米帶、P25相比，氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)在紫外與可見光下對(duì)甲基橙具有更高的光催化效率。首先污染物分子很容易被氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)捕捉，然后在紫外或可見光下降解，最后以二氧化碳和水的形式釋放到外界環(huán)境中。實(shí)施例3將摩爾比為1:1的硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合，充分溶解于去離子水中形成透明溶液，將氨水滴加到透明溶液中，調(diào)節(jié)溶液PH值到10，并磁力攪拌I小時(shí)，然后將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)爸內(nèi)100° C下反應(yīng)48小時(shí),過濾反應(yīng)后的溶液,將生成的沉淀物用去離子水洗滌，然后將分離到的沉淀物置80° C保溫12小時(shí)，將保溫處理后的沉淀物置550° C條件下退火2小時(shí)，即得具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑，其中所述二氧化鈦納米帶的寬度為50-200nm，厚度為20_40nm，所述在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒的直徑為6 土 2nm。實(shí)施例4將摩爾比為10:2的硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合，充分溶解于去離子水中形成透明溶液，將氨水滴加到透明溶液中，調(diào)節(jié)溶液PH值到10，并磁力攪拌I小時(shí)，然后將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)爸內(nèi)100° C下反應(yīng)48小時(shí),過濾反應(yīng)后的溶液,將生成的沉淀物用去離子水洗滌，然后將分離到的沉淀物置80° C保溫12小時(shí)，將保溫處理后的沉淀物置550° C條件下退火2小時(shí)，即得具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑。其中所述二氧化鈦納米帶的寬度為50-200nm，厚度為20_40nm，所述在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒的直徑為6 土 2nm。實(shí)施例5將摩爾比為10:1的硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合，充分溶解于去離子水中形成透明溶液，將氨水滴加到透明溶液中，調(diào)節(jié)溶液PH值到10，并磁力攪拌I小時(shí)，然后將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)爸內(nèi)100° C下反應(yīng)48小時(shí),過濾反應(yīng)后的溶液,將生成的沉淀物用去離子水洗滌，然后將分離到的沉淀物置80° C保溫12小時(shí)，將保溫處理后的沉淀物置550° C條件下退火2小時(shí)，即得具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑，其中所述二氧化鈦納米帶的寬度為50-200nm，厚度為20_40nm，所述在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒的直徑為6 土 2nm。
權(quán)利要求
1.一種具有捕捉-催化性能的氧化鈰/ 二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑，其特征在于:所述催化劑由二氧化鈦納米帶和在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒構(gòu)成，其中所述二氧化鈦納米帶的寬度為50-200nm，厚度為20_40nm，所述在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鋪納米顆粒的直徑為6±2nm。
2.權(quán)利要求1所述具有捕捉-催化性能的氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，步驟是: (1)將摩爾比為1:10-10:1的硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合，充分溶解于去離子水中形成透明溶液； (2)將氨水滴加到透明溶液中，調(diào)節(jié)溶液pH值至pH=10±0.1，并磁力攪拌1±0.1小時(shí)，然后將攪拌后的溶液置于水熱反應(yīng)釜內(nèi)100° C±l° C下反應(yīng)48±2小時(shí)； (3)過濾步驟(2)中反應(yīng)后的溶液，將生成的沉淀物用去離子水洗滌，然后將分離到的沉淀物置80° C±l° C保溫12±2小時(shí)； (4)將保溫處理后的沉淀物置550°C±10° C條件下退火2±0.2小時(shí)，即得具有捕捉-催化性能的氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑。
3.如權(quán)利要求2所述具有捕捉-催化性能的氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑的制備方法，其 特征在于:所述硝酸鈰和二氧化鈦納米帶混合的摩爾比為2:10。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有捕捉-催化性能的氧化鈰/二氧化鈦納米帶表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑及其制備方法，其中所述催化劑由二氧化鈦納米帶和在二氧化鈦納米帶上液相生長(zhǎng)的氧化鈰納米顆粒構(gòu)成，二氧化鈦納米帶的寬度為50-200nm，厚度為20-40nm，氧化鈰納米顆粒的直徑為6±2nm，是利用共沉淀法和水熱法制得。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低，所得到的光催化劑材料具有比較大的比表面積，容易捕捉污染物分子，顯著抑制光生電子空穴的復(fù)合，提高了材料的紫外-可見光催化性能。
文檔編號(hào)B01J23/10GK103212400SQ20131007121
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者劉宏, 田 健, 桑元華, 郝品, 趙振環(huán), 王興琪, 陳少偉 申請(qǐng)人:山東大學(xué)