一種光催化材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光催化材料的制備方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]1102在自然界中存在三種相:金紅石相、銳鈦礦相和板鈦礦相，板鈦礦和銳鈦礦相是亞穩(wěn)態(tài)，它們是Ti02中的低溫相；金紅石相是熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)，是1102的高溫相，銳鈦礦相和板鈦礦相得到金紅石相的轉(zhuǎn)化溫度一般為500~600°C。從銳鈦礦到金紅石的相變是亞穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)定態(tài)的不可逆相變，不存在特定的相變溫度，通常有較寬的相變溫度范圍。
[0003]銳鈦礦相的Ti02具有比金紅石相的1102具有更好的光催化性能，尤其是當(dāng)顆粒尺寸下降到納米級(jí)以后，其光催化特性更加顯著，是在環(huán)保和光電池材料方面有廣闊應(yīng)用前景的光催化材料，但是其光催化性能有兩個(gè)重要瓶頸因素影響其應(yīng)用，一是打02的能隙較寬(3.2eV)，需要吸收387 nm以下的紫外線(xiàn)才能被激發(fā)，所以只能吸收大概5%太陽(yáng)光。所以長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外一直致力于拓寬Ti02的吸收光譜。二是1102電子與空穴的復(fù)合率較高。電子與空穴的復(fù)合率高會(huì)嚴(yán)重的影響其催化性能?，F(xiàn)在主要有二方面的方法解決這二種瓶頸，一個(gè)方面是采用表面修飾改性手段，如離子摻雜、貴金屬沉積、有機(jī)染料敏化及與窄帶隙半導(dǎo)體耦合等對(duì)寬帶隙半導(dǎo)體材料(Ti02、Zn0等)進(jìn)行改性。另一個(gè)方面是從納米半導(dǎo)體材料的晶相結(jié)構(gòu)、粒徑大小、表面屬性等材料合成角度出發(fā)，試圖通過(guò)合成新型的納米級(jí)的打02材料來(lái)使其可實(shí)用化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種光催化材料的制備方法，通過(guò)金屬離子的摻雜來(lái)提高Ti02的吸收帶邊，降低禁帶寬度，并且析出第二相提高二氧化鈦從銳鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)變的相變溫度，以及摻雜硅藻土來(lái)作為吸附劑，制備出納米級(jí)Ti02，具體包括以下步驟:
(1)按前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇體積比為1:2~1:4的比例將前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇混合后作為A液；
(2)按ΗΝ03、去離子水、無(wú)水乙醇的體積比為1:3~6:17~20的比例將ΗΝ03、去離子水、無(wú)水乙醇混合后作為B液；
(3)按7~llg/L的比例將Ni(N03)2*6H20溶于B液得到C液，然后在磁力攪拌作用下按A液與C液體積比為5:4~10:9的比例將C液緩慢滴加入A液中，滴加完成后，按28~32g/L的比例在混合溶液中加入娃藻土后繼續(xù)攪拌1~2小時(shí)；
(4)將該溶膠在室溫下靜置陳化24~96小時(shí)，干燥、研磨、煅燒然后隨爐冷卻，即得到二氧化鈦粉末。
[0005]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(4)中所述干燥的條件為70°C ~100°C下干燥24~96小時(shí)。
[0006]優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(4)中所述煅燒條件為從室溫以5-6 °C /min升溫到100 °C ~110°C，然后以 7-8°C /min 升溫到 200 °C ~210°C，在 200°C ~210°C 保溫 10~15min ;之后以 8.5-9°C /min 升溫到 400°C~410°C，在 400°C~410°C保溫 10~15min ;之后再以 8_9°C /min 升溫到 450°C -460°C ;再以 5_6°C /min 升溫到 750~850°C，并保溫 30~40min。
[0007]本發(fā)明的原理:本發(fā)明采用摻雜Ni (N03)2*6H20來(lái)抑制二氧化鈦的相轉(zhuǎn)變；這是因?yàn)镹i的摻雜導(dǎo)致1102體系中存在偏析驅(qū)動(dòng)能，偏析驅(qū)動(dòng)能是離子半徑差異引起的彈性應(yīng)變能，而摻雜離子Ni2+ (0.0718 nm)的半徑比Ti4+ (0.0605 nm)要大，導(dǎo)致Ni2+很難穩(wěn)定存在Ti02晶格中，即使摻雜含量很低，都有可能出現(xiàn)摻雜離子的偏析，最終導(dǎo)致Ni 2+在晶界處析出，形成第二相，相當(dāng)于引入雜質(zhì)粒子，對(duì)晶界和晶粒有釘扎作用，阻礙晶界移動(dòng)和抑制晶粒長(zhǎng)大，從而抑制了 Ti02的晶型轉(zhuǎn)變。而摻雜的硅藻土由于其是大孔結(jié)構(gòu)，1102會(huì)吸附在它的孔徑上，從而增加了比表面積，從而獲得更好的吸光度，提升其光催化性能。
[0008]本發(fā)明的有益效果為:
(1)本發(fā)明所述方法制備成本低、過(guò)程簡(jiǎn)單。
[0009](2)本發(fā)明所述方法制備得到的光催化材料光吸收性能好，吸光范圍較寬，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率高，并且吸收紫外線(xiàn)的能力強(qiáng)，光催化性能比較好；
(3)本發(fā)明摻雜時(shí)加入了硅藻土作為吸附劑，由于硅藻土是大孔結(jié)構(gòu)，Ti02會(huì)吸附在它的孔徑上，從而增加了比表面積，從而獲得更好的吸光度。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
[0012]實(shí)施例1
(1)按前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇體積比為1:2的比例，將前驅(qū)體鈦酸四丁酯與無(wú)水乙醇混合后作為A液；
(2)按ΗΝ03(質(zhì)量百分比濃度為65%)、去離子水、無(wú)水乙醇的體積比為1:3:17的比例將ΗΝ03、去離子水、無(wú)水乙醇混合后作為B液；
(3)按7g/L的比例將Ni(N03) 2*6H20溶于B液得到C液，然后在磁力攪拌作用下按A液與C液體積比為5:4的比例將C液緩慢滴加入A液中，滴加完成后，按28g/L的比例在混合溶液中加入娃藻土后繼續(xù)攪拌2小時(shí)；
(4)將該溶膠在室溫下靜置陳化24小時(shí)，然后放入干燥箱中于70°C下干燥96小時(shí)；
(5)取出干凝膠在瑪瑙研缽中進(jìn)行研磨；
(6 )將步驟(5 )得到的粉末放入燒結(jié)爐中從室溫以5 °C /min升溫到100 °C，然后以7 °C /min升溫到200 °C，在200 °C保溫lOmin ;之后以8.5 °C /min升溫到400 °C，在400 °C保溫15min ;之后再以8°C /min升溫到450°C;再以5°C /min升溫到750°C，并保溫30min然后隨爐冷卻，即得到摻雜二氧化鈦粉末。
[0013]本法制備的摻雜Ni (N03)2*6H20和一定硅藻土的二氧化鈦粉末在550°C時(shí)表現(xiàn)為74.5wt%板鈦礦相和25.5wt%銳鈦礦相兩相共存，在650°C時(shí)出現(xiàn)21.5wt%的金紅石相，在750°C出現(xiàn)94.5wt%的金紅石相。隨著溫度由550°C升高到750°C，其吸收帶邊由445nm降到427nm，禁帶寬度由2.81ev升高到2.87ev。其吸收帶邊較高，禁帶寬度較小，說(shuō)明其光吸收性能好，吸光范圍較寬，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率高，并且吸收紫外線(xiàn)的能力更強(qiáng)，有著比較優(yōu)良的光催化性能