异质结二氧化钛/钛酸镁钠光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种异质结二氧化钛/钛酸镁钠光催化剂及其制备方法，该异质结光催化剂是采用水热法，以MgO、TiO2、NaOH为原料，通过调节混合液中MgO的浓度，在300～320℃下反应制备而成。本发明专利技术制备方法简单，所得光催化剂均一性和分散性好，其中TiO2和Na0.9Mg0.45Ti3.55O8实现晶格层面的匹配，形成异质结，异质结的形成对催化过程中光生电子-空穴对的复合起到很好的抑制作用，延长了电子-空穴对的寿命，进而大幅提高复合物的光催化活性，其应用于处理工业废水中常见的有机染料罗丹明B，显示出降解快速和彻底的优异性质，与纯物质Na0.9Mg0.45Ti3.55O8相比，催化活性明显增强。

【技术实现步骤摘要】
异质结二氧化钛/钛酸镁钠光催化剂及其制备方法
本专利技术属于光催化
，具体涉及一种异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂及其制备方法。
技术介绍
半导体材料钛酸镁钠(Na0.9Mg0.45Ti3.55O8)是1989年通过高温固相合成，即先将MgO和TiO2在1000～1200℃下反应制备成MgTiO3和MgTiO5，然后将MgTiO3、MgTiO5、Na2CO3三种物质在800～1000℃加热3～5小时，制备成Na0.9Mg0.45Ti3.55O8。该方法反应温度高、反应时间长，且制备的Na0.9Mg0.45Ti3.55O8晶体粒度较大、纯度低，提纯难度大。公开号为CN104084184A中国专利技术专利申请中提供了一种水热法制备半导体Na0.9Mg0.45Ti3.55O8的方法，反应条件较高温固相法温和且反应时间短，该材料用于光催化降解亚甲基蓝染料和玫瑰红B的催化活性较商用二氧化钛P25提高了3倍左右。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种催化活性好、能级匹配成功的新型异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂，以及该光催化剂的制备方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是该异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂由下述方法制备得到：将MgO、TiO2、NaOH加入去离子水中，混合均匀，所得混合液中NaOH的浓度为1mol/L、TiO2的浓度为0.059mol/L、MgO的浓度为0.019～0.042mol/L，在密闭条件下，300～320℃水热反应60～120分钟，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，干燥，得到异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂。本专利技术进一步优选：将MgO、TiO2、NaOH加入去离子水中，混合均匀，所得混合液中NaOH的浓度为1mol/L、TiO2的浓度为0.059mol/L、MgO的浓度为0.030mol/L，在密闭条件下，300℃水热反应60分钟，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，干燥，得到异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂。本专利技术的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂采用水热法制备而成，制备方法简单，所得光催化剂均一性和分散性好，其中TiO2和Na0.9Mg0.45Ti3.55O8实现了晶格层面结合，形成完美的异质结，异质结的形成对催化过程中光生电子-空穴对的复合起到很好的抑制作用，延长了电子-空穴对的寿命，进而大幅提高复合物的光催化活性，其应用于处理工业废水中常见的有机染料罗丹明B，显示出降解快速和彻底的优异性质，与纯物质Na0.9Mg0.45Ti3.55O8相比，催化活性明显增强。应用性得到很大提高，为处理工业废水、净化环境提供一种优异候选材料。附图说明图1是实施例1～3制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂的XRD图。图2是实施例1制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂的扫描电镜图。图3是实施例2制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂的扫描电镜图。图4是实施例3制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂的扫描电镜图。图5是实施例1制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂的异质结扫描电镜图。图6是实施例1制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂的异质结透射电镜图。图7是实施例1制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂在紫外-可见光照射下降解罗丹明B的吸收谱图。图8是实施例1～3制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂及纯物质Na0.9Mg0.45Ti3.55O8在紫外-可见光照射下降解罗丹明B的降解溶液浓度与时间的关系图。图9是实施例1～3制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂及纯物质Na0.9Mg0.45Ti3.55O8在紫外-可见光照射下降解罗丹明B的-ln(C/C0)相对时间的关系图。图10是实施例1～3制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂及纯物质Na0.9Mg0.45Ti3.55O8在紫外-可见光照射下降解罗丹明B的降解速率柱状图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例1将0.147gMgO、5.787gTiO2、5.000gNaOH分散于120mL去离子水中，磁力搅拌均匀，所得混合液中NaOH的浓度为1mol/L、TiO2的浓度为0.059mol/L、MgO的浓度为0.030mol/L，将所得混合液移至反应釜中，密封，在机械搅拌下，300℃水热反应60分钟，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤数次至中性，60℃干燥，得到异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂。实施例2将0.092gMgO、5.787gTiO2、5.000gNaOH分散于120mL去离子水中，磁力搅拌均匀，所得混合液中NaOH的浓度为1mol/L、TiO2的浓度为0.059mol/L、MgO的浓度为0.019mol/L，将所得混合液移至反应釜中，密封，在机械搅拌下，300℃水热反应60分钟，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤数次至中性，60℃干燥，得到异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂。实施例3将0.203gMgO、5.787gTiO2、5.000gNaOH分散于120mL去离子水中，磁力搅拌均匀，所得混合液中NaOH的浓度为1mol/L、TiO2的浓度为0.059mol/L、MgO的浓度为0.042mol/L，将所得混合液移至反应釜中，密封，在机械搅拌下，300℃水热反应60分钟，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤数次至中性，60℃干燥，得到异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂。采用日本理学D/Max2550diffractometer型X射线衍射仪、美国FEI公司NovaNanoSEM-450型场发射扫描电镜和FEITecnaiG20型透射电镜对实施例1～3制备的异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂进行结构表征，结果见图1～6。由图1可见，随着原料中MgO用量的减少，所合成产物中TiO2所占比重呈有规律的增加。图2～5中，纳米片状结构的物质是Na0.9Mg0.45Ti3.55O8，生长在片状结构上的纳米颗粒为TiO2，表明异质结的形成。图6从微观结构进一步证明TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8中异质结的形成，透射电镜图像中晶格条纹清晰可见，其中晶面间距d＝0.616nm对应复合物中Na0.9Mg0.45Ti3.55O8的(001)晶面，而晶面间距d＝0.356、0.192nm分别为复合物中锐钛矿TiO2的(101)、(200)晶面，所形成的异质结出现明显的晶格突变区和清晰的异质结晶界界面。为了证明本专利技术的有益效果，专利技术人将实施例1～3制备的异质结TiO2/Na0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质结二氧化钛/钛酸镁钠光催化剂的制备方法，其特征在于：将MgO、TiO2、NaOH加入去离子水中，混合均匀，所得混合液中NaOH的浓度为1mol/L、TiO2的浓度为0.059mol/L、MgO的浓度为0.019～0.042mol/L，在密闭条件下，300～320℃水热反应60～120分钟，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，干燥，得到异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种异质结二氧化钛/钛酸镁钠光催化剂，其特征在于它由下述方法制备得到：将MgO、TiO2、NaOH加入去离子水中，混合均匀，所得混合液中NaOH的浓度为1mol/L、TiO2的浓度为0.059mol/L、MgO的浓度为0.019～0.042mol/L，在密闭条件下，300～320℃水热反应60～120分钟，所得产物用去离子水和无水乙醇洗涤至中性，干燥，得到异质结TiO2/Na0.9Mg0.45Ti3.55O8光催...

【专利技术属性】
技术研发人员：周剑平，郭泽清，王景州，雷玉玺，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61