具有可见光催化活性的TiO2纳米材料、应用及其制备方法技术

技术编号:12953019 阅读:138 留言:0更新日期:2016-03-02 12:49
本发明专利技术公开一种可见光催化活性的纳米材料、应用及其制备方法,具体涉及一种具有可见光催化活性的TiO2纳米材料、应用及其制备方法。所述具有可见光催化活性的TiO2纳米材料,纳米材料颗粒为球状,球的直径为20-500nm,颗粒的表面覆盖有Ti3+和Ti-OH。本发明专利技术的TiO2纳米材料不仅可以在可见光的照射下有较强的光吸收,并且其制备工艺简单,所使用原料只有TiO2和去离子水,没有其他试剂,同时不需要高温高压等反应装置,设备简单,操作方便,所需时间短,较大程度上节约工艺成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种可见光催化活性的,具体设及一种 具有可见光催化活性的Ti化。
技术介绍
Ti〇2是一种具有广阔应用前景的重要功能材料,具有良好的光催化活性,近年来 在水资源保护等领域有广泛的应用。Ti化作为光催化剂处理污水,在紫外线照射条件下,能 够降解3000多种难降解的有机化合物。在各类半导体光催化材料中,Ti化具有生物和化学 惰性,强的抗光和化学腐蚀能力,最适合广泛的环境应用。 但是Ti〇2带隙较宽,锐铁矿的TiO2禁带宽度为3. 2eV,相当于波长为387. 5皿光 子的能量,因此Ti化只能有效利用波长小于387.5 nm的紫外光。然而太阳光中紫外光部 分所占的比例只有2% -4%,太阳光中占很大比例的可见光部分无法得到有效的利用。因此, 通过各种修饰方法改进Ti〇2可见光催化活性已经成为光催化领域的一个研究热点,如金属 离子渗杂,非金属(C、N、F、S)渗杂,贵金属沉积和染料光敏化等方法,运些研究都取得了一 定的结果。但是大部分的修饰方法通常需要加入除了TiOzW外的其它试剂,使得制备工艺 变得复杂,成本也会相应提高。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供一种具有可见光催化活性的Ti〇2纳米材料及其制备方法, 本专利技术的Ti化纳米材料不仅可W在可见光的照射下有较强的光吸收,并且其制备工艺简 单,所使用原料只有Ti化和去离子水,没有其他试剂,同时不需要高溫高压等反应装置,设 备简单,操作方便,所需时间短,较大程度上节约工艺成本。 为解决W上技术问题,本专利技术提供的第一方面的技术方案为采用一种具有可见光 催化活性的Ti化纳米材料,纳米材料颗粒为球状,球的直径为20-500nm,颗粒的表面覆盖 有Ti3+和Ti-OH。[000引优选的,Ti"巧颗粒表面的面积覆盖率为10%-50%。 优选的,球的直径为80-300皿。 优选的,球的直径为80-200nm。 本专利技术还提供第二方面的技术方案即前述任一所述的Ti化纳米材料在可见光催 化上的应用,所述Ti化纳米材料在可见光照射下存在光吸收现象。 优选的,所述可见光的波长为380-780nm。 本专利技术还提供第=方面的技术方案即前述任一所述的具有可见光催化活性的 Ti〇2纳米材料的制备方法,所述制备方法按照W下步骤进行:1)制备TiO2悬浊液:将 Ti化粉末加入到去离子水中,超声1-30min,得到TiO2悬浊液;2)激光处理:使用功率为 0. 01-5. 0W的激光照射步骤1)中制备的Ti化悬浊液1-500min;3)离屯、干燥:将步骤2) 中使用激光处理后的Ti〇2悬浊液经过离屯、后,倒掉上层清液,放入烘箱中干燥5-24 h,最终 得到具有可见光催化活性的Ti〇2纳米材料。 优选的,步骤1)中Ti化和去离子水的质量比为1 : (20-100)。 优选的,步骤1)中Ti〇2和去离子水的质量比为1: (50-100)。 更进一步优选的,Ti〇2的加入量优选为10-50mg,去离子水的加入量优选为 0. 5-5g〇 优选的,步骤2)中激光照射功率优选为0. 05W-2. 0W。 更进一步优选的,步骤2)中激光照射功率优选为0. 1W-0. 5W。 优选的,步骤2)中激光照射时间优选为60-500min。 更进一步优选的,步骤2)中激光照射时间优选为120-300min。 优选的,步骤2)中所述激光为Nd:YAG激光,波长为355nm。 优选的,步骤3)中烘箱溫度为60-160°C。 本专利技术还提供第四方面的技术方案即前述所述的Ti化纳米材料制备方法制备得 到的具有可见光催化活性的Ti化纳米材料。 优选的,纳米材料颗粒为球状,球的直径为20-500nm,颗粒的表面覆盖有Ti3+和 Ti-OH。[002引优选的,113+在颗粒表面的面积覆盖率为10%-50%。优选的,球的直径为80-300nm。[002引优选的,球的直径为80-200皿。 本申请所得Ti化纳米材料不仅可W在可见光的照射下有较强的光吸收,并且其制 备工艺简单,所使用原料只有Ti化和去离子水,没有其他试剂,同时不需要高溫高压等反应 装置,设备简单,操作方便,所需时间短,较大程度上节约工艺成本。【附图说明】 图1为实施例1中的Ti〇2纳米材料的扫描电镜(SEM)的照片; 图2为实施例1中的Ti〇2纳米材料的透射电镜(TEM)的照片; 图3为实施例1中的Ti化纳米材料的X射线衍射狂RD)谱图; 图4为实施例1中的Ti化纳米材料的谱图; 图5为实施例1中的Ti化纳米材料的紫外可见吸收扣V-Vis)谱图; 图6为实施例1中的Ti化纳米材料降解罗丹明溶液的曲线; W上附图中经过激光处理的Ti化标注为TiO2-NBs,未处理的Ti化原料标注为Ti〇2-〇ri〇【具体实施方式】 为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案,下面结合【具体实施方式】 对本专利技术作进一步的详细说明。 实施例I-Ti化纳米材料1: 其制备过程如下: 1)制备Ti化悬浊液:将30mg的Ti〇2粉末加入到0.8g的去离子水中,超声1-30min。 2)激光处理:使用Nd:YAG激光,波长为355皿,功率为0. 1W的激光照射步骤1) 中制备的Ti〇2悬浊液120min。 3)离屯、干燥:将步骤2)中使用激光处理后的Ti〇2悬浊液经过离屯、后,倒掉上层清 液,放入60-160°C的烘箱中干燥5-24h,最终得到具有可见光催化活性的Ti化纳米材料。图1为实施例1所得Ti化纳米材料的扫描电镜(SEM)的照片,从图中可W看出,所 得Ti化纳米材料为规整的球状结构,球的直径大约为80-200nm。图2为实施例所得TiO2纳 米材料的透射电镜(TEM)的照片,从图中可W看出,Ti化纳米球为实屯、球,纳米球的直径与 扫描电镜所得结果一致。图3为实施例1所得Ti化纳米材料的X射线衍射狂RD)谱图,从 图中可W看出,所得Ti化为锐铁矿结构,与使用的Ti〇2原料一样。图4为实施例1所得Ti〇2 纳米材料的XPS图谱,从图中可W看出,激光处理得到的Ti化纳米材料表面形成了Ti-OH和 Ti3+物种。[003引图5为实施例1所得Ti02纳米材料的紫外可见吸收扣V-Vis)谱图。相比作为原 料的Ti化,制备得到的Ti化纳米材料在可见光波段范围内具有很强的吸收。将所得TiO2纳 米材料通过光催化降解罗丹明溶液进行可见光催化活性表征。实验过程如下,分为两组实 验,分别在光照和黑暗条件下进行。将15mL浓度为1. 0*10 5mol/L的罗丹明溶液加入到锥 形瓶中,然后加入5mg的Ti化纳米材料作为催化剂,超声3min,共配置两份。第一份和第二 份同时在黑暗条件下揽拌比,分别取样测试,然后第一份仍然在黑暗条件下揽拌,第二份使 用可见光照射,光源为绿光二级管,电压为3. 5V。反应时间为比,2h,化,地,化时进行取样 巧m。取样测试方法:反应溶液先离心取出上层当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可见光催化活性的TiO2纳米材料,其特征在于:纳米材料颗粒为球状,球的直径为20‑500 nm,颗粒的表面覆盖有Ti3+和Ti‑OH。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:陈星刘雷赵东旭刘可为申德振
申请(专利权)人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
类型:发明
国别省市:吉林;22

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