本发明专利技术公开了一种嵌入异质结一维掺杂ＴｉＯ↓［２］光催化剂及其制备和应用。该催化剂具有一维结构，经过非金属掺杂改性，含有ＴｉＯ↓［２］／ＳｎＯ↓［２］异质结结构，或含有ＴｉＯ↓［２］／ＺｎＯ异质结结构，或同时含有ＴｉＯ↓［２］／ＳｎＯ↓［２］异质结结构与ＴｉＯ↓［２］／ＺｎＯ异质结结构。该催化剂通过化学沉积的方法，在晶体生长催化剂存在条件下，交替切换不同的前驱体、掺杂气等气源，实现不同半导体的交替生长，从而制得所需催化剂。该催化剂在紫外、可见光下均具有较高的光催化降解室内污染物的能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工以及环保
，涉及一种光催化剂及其制备和应用，尤其是指一种 嵌入异质结一维掺杂Ti02光催化剂，以及该催化剂的制备方法及在室内空气污染方面的应用。
技术介绍
随着工业化和城市化进程的加快，室内空气污染日益严，其中VOCs (可挥发性有机物) 种类多、毒性大、浓度低，直接影响人们的健康和生命。为治理室内空气污染，人们多采用 开窗通气、种植绿色植物、活性炭吸附等方法，但普通的治理方法效果并不理想。某些治理 方法，比如活性炭吸附仅仅是把室内空气污染物从气相转移到固相，不能彻底清除污染物， 需要再生使用，且存在着二次污染的危险。二十世纪九十年代，国际上开始尝试用光催化法 去除VOCs。有研究发现，在VOCs的去除方面，气相光催化具有以下优点反应可在常温 常压下进行，并直接以大气中的氧气作氧化剂，反应效率高；催化剂易回收，可实现连续化 处理；可使用能量较低的光源，光利用率高，易实现完全氧化反应光源属冷光，对环境温 度无显著影响；气相中分子的扩散速率高，反应速度快。所用Ti02光催化剂不仅具有活性高、 热稳定性好、持续性长，对人体无害等优点而且还具有杀菌、除臭、自洁净等作用，在净化 VOCs上具有很大的应用前景。然而Ti02禁带较宽(3.2eV)，在可见光范围内没有响应，仅能吸收小于387nm的紫外 光，对太阳光利用率低(约3~5%);光生电子一空穴复合率高，光催化量子产率低，催化效 率低，这两个方面制约了 Ti02光催化材料的应用。因而近年来对Ti02光催化材料的研究主 要集中在以下两个方面， 一是通过表面光敏化、非金属掺杂或者金属掺杂拓展其可见光响应 范围。二是通过控制Ti02粒径、贵金属沉积或者构建异质结等方法提高其光量子产率，进而 提高其光催化效率。此外，最近相关研究表明， 一维结构的Ti02光催化材料(比如Ti02纳 米管、纳米棒)屮的光生电子的转移不同于普通粉体Ti02光催化材料，呈现出优异的光催化 性能。在拓展Ti02可见光响应范围方面，非金属掺杂被认为是最有效及最有前景的技术，该技 术通过引入掺杂能级，调控Ti02半导体的能带结构，实现光催化剂的可见光化，比如Asahi 等 (Asahi R, Morikawa T, Ohwaki T, Aoki K, Taga Y. Visible-Light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides. 5Wewe, 2001， 293: 269-271 )采用高温溅射法制备了氮掺杂Ti02 薄膜及粉末，实现了 Ti02的非金属掺杂，光响应拓展到600nm;专利《掾氮二氧化钛光催化 剂的制备方法》(CN1257013C)提供了一种可见光响应的二氧化钛光催化剂的固相反应制备 方法，该方法以尿素和Ti02或其前驱体发生反应，生成氮掺杂的二氧化钛光催化剂，降低了 二氧化钛光催化剂的禁带宽度，具有对可见光的吸收能力。然而氮元素的掺杂易引入杂质能 级，加快电子孔穴对复合。在提高其光量子产率方面，构建异质结以耦合不同半导体的能级结构，可实现电子空穴 的定向迁移，降低电子空穴对复合几率，提高Ti02光催化性能，比如Vinodgopal等(K Vinodgopal， Prashant V Kamat. Enhanced rates of photocatalytic degradation of an azo dye using Sn02/T02 coupled semiconductor Thin Films.五Wro. Sd. Tec/wo/, 1995， 29: 841-845)，构建 Sn02/Ti02异质结，促进了电子一空穴的分离，光催化降解酸性橙II的能力较纳米Ti02高6 倍以上；专利《一种制备二氧化锡/二氧化钛纳米复合材料的方法》(CN1872787A)提供了 一种溶胶-凝胶法制备二氧化锡/二氧化钛纳米复合材料的方法。所得二氧化锡/二氧化钛纳米 复合材料提高了系统的电荷分离效果，与纯的Ti02相比，表现出更高的光催化能力。然而该 类材料在拓展可见光范围方面的应用尚未提及。一维结构的Ti02光催化材料主要为Ti02纳米管、纳米棒、纳米线等，专利《一种制备 二氧化钛纳米线的方法及由此制得的二氧化钛纳米线的用途》(CN1915835A)，提供了一种 水热制备二氧化钛纳米线的方法，所得二氧化钛纳米线在光降解有机污染物方面具有很高的 活性。然而该类材料尚需要进一步处理才可对可见光响应。综上所述，为了将Ti02光催化剂更广泛的应用于室内空气治理领域，人们希望得到可见 光化的高效光催化剂，并采用了大量的方法对Ti02光催化剂进行改性。由于技术方法的局限， 大多数技术仅仅关注于促进光催化剂电子空穴分离或实现其可见光化的一个方面，尚没有一 种催化剂或制备方法将这两个方面耦合应用，进而实现高效可见光催化剂的制备。此外，上 述所提及的催化剂及方法在实际应用中还面临着光催化固定的问题。这些均制约了 Ti02光催 化剂在应用于室内空气治理领域的实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据非金属掺杂实现Ti02可见光化、嵌入异质结及一维结构促进Ti02 光生电子空穴的分离的作用，提供一种大比表面积的可用于室内空气净化的嵌入异质结一 维掺杂Ti02光催化剂。并提供制备这种光催化剂的方法及用途，更好地实现Ti02光催化 材料在室内空气污染治理屮的应用。本专利技术提供了一种可用于室内空气污染治理的嵌入异质结一维掺杂Ti02光催化剂。本专利技术还提供了制备该催化剂的方法。利用化学气相沉积(CVD)法，在负载有晶体生 长催化剂的基材上生长Ti02纳米线，生长过程中通入非金属掺杂源以实现氮掺杂，生长完毕 后切换气源，在Ti02纳米线顶端生长其他半导体纳米线，形成Ti02基异质结结构。生成该 结构后继续切换气源，可继续生长Ti02纳米线。顺次气源，可实现嵌入异质结一维掺杂Ti02 光催化剂的化学气相沉积法制备。化学气相沉积法是半导体工业中应用最为广泛的多种材料沉积技术，包括大范围的绝缘 材料，大多数金属材料和金属合金材料。该技术将气态原材料导入到一个反应室内，在一定 的温度、压强条件下发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到基材表面上。其具有生长速度快，沉积温度低，沉积物质化学组分、形貌、晶向可控等特点，可满足嵌入异质结一维掺 杂Ti02光催化剂制备的要求。本专利技术进一步提供了上述光催化剂的用途。本专利技术的一种嵌入异质结一维掺杂Ti02光催化剂的特点是具有一维结构，经过非金属 掺杂改性，含有Ti02/Sn02异质结结构，或含有Ti02/ZnO异质结结构，或同时含有Ti02/Sn02 异质结结构与Ti02/ZnO异质结结构。本专利技术提供一种应用化学气相沉积制备上述光催化剂的方法，包括以下步骤(1) 选定合适的晶体生长催化剂、非金属惨杂源、Ti02前驱体、异质结对应半导体及其 前驱体。(2) 控制Ti02前驱体至合适的温度，使各前驱体蒸发产生气相前驱体，并通过惰性气 体带入反应系统。(3) 将负载晶体生长催化剂的基材置于管式炉中部恒温区，通入惰性气体，流量为100 500ml/min。升温使晶体生长催化剂液化为小液滴， 一般为400 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种嵌入异质结一维掺杂ＴｉＯ↓［２］光催化剂，其特征在于：该催化剂具有一维结构，经过非金属掺杂改性，含有ＴｉＯ↓［２］／ＳｎＯ↓［２］异质结结构，或含有ＴｉＯ↓［２］／ＺｎＯ异质结结构，或同时含有ＴｉＯ↓［２］／ＳｎＯ↓［２］异质结结构与ＴｉＯ↓［２］／ＺｎＯ异质结结构。
【技术特征摘要】
1、一种嵌入异质结一维掺杂TiO2光催化剂，其特征在于该催化剂具有一维结构，经过非金属掺杂改性，含有TiO2/SnO2异质结结构，或含有TiO2/ZnO异质结结构，或同时含有TiO2/SnO2异质结结构与TiO2/ZnO异质结结构。2、 如权利要求1所述一种嵌入异质结一维掺杂Ti02光催化剂的制备方法，其特征在 于以下歩骤(1) 选定合适的晶体生长催化剂、非金属掺杂源、Ti02前驱体、异质结对应半导体 及其前驱体；(2) 控制Ti02前驱体至合适的温度，使各前驱体蒸发产生气相前驱体，并通过载气 带入反应系统；(3) 将负载晶体生长催化剂的基材置于管式炉中部恒温区，通入惰性气体，流量为 50 1000ml/min，升温使晶体生长催化剂液化为小液滴， 一般为300 600°C，保温0.5h;(4) 开启阀门，由惰性气体带入气化的Ti02前驱体，同时通入非金属掺杂源，在一 定的沉积温度下生长TK)2纳米线， 一般为300 600°C，生长时间为0.5 5.0h;(5) 通过阀门控制气源，停止通入气化的Ti02前驱体、非金属掺杂源，转而通入气 化的异质结对...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟荣，郭森，吴忠标，
申请(专利权)人：浙江大学，浙江天蓝脱硫除尘有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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