复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法.pdf

本发明公开了一种复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，包括如下步骤：1）、将钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1：5-1：10配制成混合溶液；2）、将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后按照0.05-0.15g介孔炭/5mL钛酸四丁酯的比例加入介孔炭得到混合液，60-80℃搅拌15-30min；3）、接着将上述混合液加入到正在搅拌的常温蒸馏水中，其中混合液与蒸馏水的体积比为1：2-1：10，随后升温至100℃，并在100℃恒温条件下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10-12h；4）、在100-120℃将溶液烘干、充分研磨20-30min，在400-600℃ N2保护条件下保温3-5h后，随炉冷却至室温，获得复眼型形貌特征的二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料，具有超强的可见光催化性能。

1.  复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）、将钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1：5-1：10配制成混合溶液；
2）、将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后按照0.05-0.15g介孔炭/5mL钛酸四丁酯的比例加入介孔炭得到混合液，60-80℃搅拌15-30min；
3）、接着将上述混合液加入到正在搅拌的常温蒸馏水中，其中混合液与蒸馏水的体积比为1：2-1：10，随后升温至100℃，并在100℃恒温条件下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10-12h；
4）、在100-120℃将溶液烘干、充分研磨20-30min，在400-600℃ N2保护条件下保温3-5h后，随炉冷却至室温，获得复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料。

2.  根据权利要求1所述的复眼型二氧化钛/介孔炭可见光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，所述钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1:10。

3.  根据权利要求1所述的复眼型二氧化钛/介孔炭可见光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，所述介孔炭的含量为每5mL的钛酸四丁酯对应0.1g的介孔炭。

4.   根据权利要求1所述的复眼型二氧化钛/介孔炭可见光催化材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中混合液与蒸馏水的体积比为1:2。

复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法
技术领域
本发明涉及到一种复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法。
背景技术
自1972年Fujishima和Honda发现受辐射的半导体金属氧化物TiO₂表面氧化还原反应光解水以来，TiO₂光激发产生电子-空穴对分解污染物得到了广泛的关注。TiO₂具有高的催化活性，优良的化学稳定性，价格低廉，耐强酸，耐强碱等特点，成为降解污染物前景最好的光催化材料。然而TiO₂光催化的应用仍然受到激发波长的限制，TiO₂的禁带宽度Eg=3.2eV，相对应的吸收波长只有在小于或等于387nm的紫外光才可以激发TiO₂导带电子和价带空穴的分离产生光催化反应。但是，紫外光在太阳能中不足5%，导致TiO₂光催化的太阳能利用率很低，因此开发一种对可见光敏感的光催化材料极为重要。Asahi等首次将非金属N掺杂改性TiO₂，得到可见光催化活性的TiO₂。Umebayashi等采用直接氧化TiO₂的方法制备了S掺杂的TiO₂，掺杂改性的TiO₂的吸收波长发生了很大程度上的红移使得在可见光照射下对甲基蓝表现出很高的光催化降解能力。黄富强等利用氢等离子体辅助氢化制备的黑色二氧化钛在可见光及红外区域均具有很高的吸收率。而具有复眼型结构的二氧化钛/介孔炭可见光催化可见光催化材料目前尚未报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种在可见光条件下具有光催化性能的复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）、将钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1：5-1：10配制成混合溶液；
2）、将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后按照0.05-0.15g介孔炭/5mL钛酸四丁酯的比例加入介孔炭得到混合液，60-80℃搅拌15-30min；
3）、接着将上述混合液加入到正在搅拌的常温蒸馏水中，其中混合液与蒸馏水的体积比为1：2-1：10，随后升温至100℃，并在100℃恒温条件下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10-12h；
4）、在100-120℃将溶液烘干、充分研磨20-30min，在400-600℃ N2保护条件下保温3-5h后，随炉冷却至室温，获得复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料。
为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述步骤1）中，所述钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1:10。
为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述步骤2）中，所述介孔炭的含量为每5mL的钛酸四丁酯对应0.1g的介孔炭。
为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述步骤3）中混合液与蒸馏水的体积比为1:2。
本发明的优点是：上述复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，与氢化法制备的黑色二氧化钛相比，工艺简单，操作可行性高，与惰性气体法制备的黑色二氧化钛相比，将二氧化钛均匀的分散在介孔炭载体中，二氧化钛呈薄壁结构、纳米尺度，因而光催化性能更优，得到的复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料在可见光条件下具有光催化性能，克服TiO₂吸收波长只有在小于或等于387nm的紫外光才可以激发导带电子和价带空穴的分离产生光催化的弊端，同时具有超强的可见光催化性能。
附图说明
图1为本发明复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的形貌照片。
图2为本发明复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料与商用二氧化钛(P25)的可见光催化降解亚甲基蓝对比图。
图3为本发明是500℃煅烧5h的复眼型钛炭复合材料和纯TiO₂的紫外-可见漫反射吸收图谱。
图4为本发明为复眼型钛炭复合材料和纯TiO₂通过K-M方程计算材料带隙而得到的（α hv）^1/2~hv的曲线图（hv为光子能量，α为吸收系数）。
具体实施方式
下面通过具体实施例详细描述一下本发明的具体内容。
复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
1）、将钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1：5-1：10配制成混合溶液；
2）、将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后按照0.05-0.15g介孔炭/5mL钛酸四丁酯的比例加入介孔炭得到混合液，60-80℃搅拌15-30min；
3）、接着将上述混合液加入到正在搅拌的常温蒸馏水中，其中混合液与蒸馏水的体积比为1：2-1：10，随后升温至100℃，并在100℃恒温条件下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10-12h；
4）、在100-120℃将溶液烘干、充分研磨20-30min，在400-600℃ N2保护条件下保温3-5h后，随炉冷却至室温，获得复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料。
为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述步骤1）中，所述钛酸四丁酯和无水乙醇的体积比为1:10。
为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述步骤2）中，所述介孔炭的含量为每5mL的钛酸四丁酯对应0.1g的介孔炭。
为了更好地解决上述技术问题，本发明采用的进一步技术方案是：所述步骤3）中混合液与蒸馏水的体积比为1:2。
如图1所示，上述复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，获得了一种管壁尺寸在纳米尺度的管状二氧化钛，它于介孔炭的介孔中形成，并镶嵌于介孔炭中，形成了具有昆虫式复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料，具有二氧化钛分散好，纳米效应可持续的特点。
图2为复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料与商用二氧化钛(P25)的可见光催化降解亚甲基蓝对比图。
图3是500℃煅烧5h的复眼型钛炭复合材料和纯TiO₂的紫外-可见漫反射吸收图谱。
图4为复眼型钛炭复合材料和纯TiO₂通过K-M方程计算材料带隙而得到的（α hv）^1/2~hv的曲线图（hv为光子能量，α为吸收系数）。
图3可以看出，复眼型钛炭复合材料在可见光区吸收明显增强，它在200-800nm范围内均有较高的吸收峰，而纯TiO₂仅在200-400nm范围有较强的吸收峰。纯TiO₂的吸收边为390nm，复眼型钛炭复合材料的吸收边为450nm，吸收边发生了红移。从图4中可以看出，纯TiO₂带隙为3.2eV，复眼型钛炭复合材料带隙为2.4eV， 带隙明显变窄了。综上所述，复眼型钛炭复合材料不仅在紫外光辐射条件下受激发后电子从价带跃迁到导带形成光生电子-空穴对，而且在可见光区域也会有较强的吸收峰。同时，与纯TiO₂相比，复眼型钛炭复合材料的紫外光区的吸收峰强度有所减弱。
实施例1
复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
1）、将钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1：10配制成混合溶液；
2）、将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后按照0.05g介孔炭/5mL钛酸四丁酯的比例加入介孔炭得到混合液，80℃搅拌15min；
3）、接着将上述混合液加入到正在搅拌的常温蒸馏水中，其中混合液与蒸馏水的体积比为1：2，随后升温至100℃，并在100℃恒温条件下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10h；
4）、在120℃将溶液烘干、充分研磨25min，在500℃ N2保护条件下保温3h后，随炉冷却至室温，获得复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料。
实施例2
复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
1）、将钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1：8配制成混合溶液；
2）、将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后按照0.1g介孔炭/5mL钛酸四丁酯的比例加入介孔炭得到混合液，80℃搅拌20min；
3）、接着将上述混合液加入到正在搅拌的常温蒸馏水中，其中混合液与蒸馏水的体积比为1：2，随后升温至100℃，并在100℃恒温条件下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10h；
4）、在120℃将溶液烘干、充分研磨25min，在550℃ N₂保护条件下保温3h后，随炉冷却至室温，获得复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料。
实施例3
复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
1）、将钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1：6配制成混合溶液；
2）、将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后按照0.1g介孔炭/5mL钛酸四丁酯的比例加入介孔炭得到混合液，80℃搅拌20min；
3）、接着将上述混合液加入到正在搅拌的常温蒸馏水中，其中混合液与蒸馏水的体积比为1：3，随后升温至100℃，并在100℃恒温条件下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10h；
4）、在120℃将溶液烘干、充分研磨25min，在550℃ N₂保护条件下保温4h后，随炉冷却至室温，获得复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料。
实施例4
复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
1）、将钛酸四丁酯和无水乙醇以体积比为1：5配制成混合溶液；
2）、将其放置在磁力搅拌器上加热至60℃搅拌20min，随后按照0.15g介孔炭/5mL钛酸四丁酯的比例加入介孔炭得到混合液， 80℃搅拌20min；
3）、接着将上述混合液加入到正在搅拌的常温蒸馏水中，其中混合液与蒸馏水的体积比为1：4，随后升温至100℃，并在100℃恒温条件下搅拌至原混合液体积的1/3，搁置10h；
4）、在120℃将溶液烘干、充分研磨25min，在600℃ N₂保护条件下保温4h后，随炉冷却至室温，获得复眼型二氧化钛/介孔炭复合可见光催化材料。