红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法，包括以下步骤：1)通过水热法制备钛酸纳米纤维；2)将钛酸纳米纤维焙烧得到锐钛矿二氧化钛纳米纤维；3)将锐钛矿二氧化钛纳米纤维和红磷研磨混合后封装在石英管中，并于真空条件下高温焙烧，制得红磷包覆二氧化钛纳米纤维。本发明专利技术还公开了红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料在光催化产氢中的应用。本发明专利技术将可见光响应的红磷包覆在只有紫外光响应的二氧化钛纳米纤维表面，不仅使光催化材料的光谱吸收范围得到显著提升，而且还促进了光生电荷的有效分离和传输，从而提升了材料的光催化产氢性能。

Preparation and application of red phosphorus coated titanium dioxide nano fiber photocatalytic material

The invention discloses a method for preparing red phosphorus coated titanium dioxide nano fiber photocatalytic material, which comprises the following steps: 1) preparing titanate nanofibers by hydrothermal method; 2) titanate nanofibers obtained by calcining anatase TiO2 nanofibers; 3) the anatase titanium dioxide nano fiber and two red phosphorus mixed after grinding is encapsulated in the the quartz tube, and high temperature roasting under vacuum conditions, preparation of encapsulated red phosphorus titanium dioxide nano fiber. The present invention also discloses the application of red phosphorus coated titania nanofibers photocatalysts for photocatalytic hydrogen production. The invention of the visible light response in the UV response of encapsulated red phosphorus only titanium dioxide nano fiber surface, not only makes the spectrum of photocatalytic material absorption range has been significantly improved, but also to promote the effective separation and photoinduced charge transfer material, so as to enhance the photocatalytic hydrogen production performance.

【技术实现步骤摘要】
红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法及应用
本专利技术涉及光催化材料领域，特别涉及一种红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法及应用。
技术介绍
因世界经济的快速发展而导致的严重的环境污染和巨大的能源消耗，已然成为各国亟待解决的重大问题，这也是关系到人类生存发展的首要问题。面对能源问题和由此带来的环境问题，世界各国迫切希望找到可再生的、高效和清洁的新能源。太阳能可以将水分解为氢气和氧气，从而高效地将太阳能转化为化学能。其中氢能是一种清洁能源，氢气完全燃烧的产物是水，不会对环境造成任何污染，是世界上最干净的能源，而且燃烧热值高，燃烧效率高。TiO2等光催化材料可以将太阳能转化为氢气等化学能，其中锐钛矿TiO2价廉易得、无毒无害、化学性质稳定、抗光腐蚀性强，是已知最理想的光催化材料。但是其也有一定的局限性，其带隙较宽，只能利用太阳光中的紫外光，如何提高太阳光的利用率是亟待解决的问题。红磷是近年来的研究热点，其光吸收范围涵盖了整个可见光区域，是一种单质形态的可见光催化材料。前期研究中，研究人员利用球磨法制备了TiO2/P复合材料，但是球磨法过程复杂，而且容易破坏TiO2的结构，导致性能提升空间有限。
技术实现思路
为解决现有TiO2光催化材料太阳光利用率低的问题，本专利技术公开了一种红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法，包括以下步骤：1)通过水热法制备钛酸纳米纤维；2)将钛酸纳米纤维焙烧得到锐钛矿二氧化钛纳米纤维；3)将锐钛矿二氧化钛纳米纤维和红磷研磨混合后封装在石英管中，并于真空条件下高温焙烧，制得红磷包覆二氧化钛纳米纤维。进一步地，步骤1)中钛酸纳米纤维的制备包括以下步骤：a、将3～8重量份的TiO2锐钛矿粉末与50～100容积份的NaOH溶液混合，再将混合后的溶液超声震荡0.3～0.7h；b、超声震荡完成后，将溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，并将反应釜置于烘箱中，在150～200℃下水热反应45～50h，反应完成后得到前驱体钛酸钠纳米纤维；c、将钛酸钠纳米纤维用去离子水洗涤，再用HCl溶液酸洗三次，最终得到钛酸纳米纤维；d、将钛酸纳米纤维继续用去离子水反复洗涤多次，直到pH值＝7为止，再经过抽滤、烘干、研磨后，得到氢型钛酸纳米纤维粉末。进一步地，将步骤1)中得到的氢型钛酸纳米纤维粉末置于马弗炉中，在600～800℃下焙烧3～5h，即得到步骤2)中的锐钛矿二氧化钛纳米纤维。进一步地，步骤3)中红磷包覆二氧化钛纳米纤维的制备包括以下步骤：e、将100～300重量份的锐钛矿二氧化钛纳米纤维与10～50重量份的红磷在研钵中研磨混合均匀；f、将混合物封装于石英管中，在400～700℃下焙烧2～5h，焙烧后的产物用洗涤液洗涤后干燥得到红磷包覆二氧化钛纳米纤维。进一步地，步骤f中的洗涤液为CS2。进一步地，上述步骤中制备的红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料在光催化产氢中的应用。本专利技术的有益效果是：将可见光响应的红磷包覆在只有紫外光响应的二氧化钛纳米纤维表面，不仅使光催化材料的光谱吸收范围得到显著提升，而且还促进了光生电荷的有效分离和传输，从而提升了材料的光催化产氢性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的光吸收曲线图；图2为本专利技术的红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的光催化产氢性能曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1：本实施例的红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法，包括以下步骤：a、将3gTiO2锐钛矿粉末与50mlNaOH溶液混合，再将混合后的溶液超声震荡0.3h；b、超声震荡完成后，将溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，并将反应釜置于烘箱中，在150℃下水热反应45h，反应完成后得到前驱体钛酸钠纳米纤维；c、将钛酸钠纳米纤维用去离子水洗涤，再用HCl溶液酸洗三次，使Na+被H+完全置换出来，最终得到钛酸纳米纤维；d、将钛酸纳米纤维继续用去离子水反复洗涤多次，直到pH值＝7为止，再经过抽滤、烘干、研磨后，得到氢型钛酸纳米纤维粉末；e、将氢型钛酸纳米纤维粉末置于马弗炉中，在600℃下焙烧3h，得到锐钛矿二氧化钛(TiO2(A))纳米纤维；f、将100mg锐钛矿二氧化钛(TiO2(A))纳米纤维与10mg红磷在研钵中研磨混合均匀；g、将混合物封装于石英管中，在400℃下焙烧2h，焙烧后的产物用CS2洗涤后干燥得到红磷包覆二氧化钛(RP/TiO2(A))纳米纤维。实施例2：本实施例的红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法，包括以下步骤：a、将5gTiO2锐钛矿粉末与80mlNaOH溶液混合，再将混合后的溶液超声震荡0.5h；b、超声震荡完成后，将溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，并将反应釜置于烘箱中，在180℃下水热反应48h，反应完成后得到前驱体钛酸钠纳米纤维；c、将钛酸钠纳米纤维用去离子水洗涤，再用HCl溶液酸洗三次，使Na+被H+完全置换出来，最终得到钛酸纳米纤维；d、将钛酸纳米纤维继续用去离子水反复洗涤多次，直到pH值＝7为止，再经过抽滤、烘干、研磨后，得到氢型钛酸纳米纤维粉末；e、将氢型钛酸纳米纤维粉末置于马弗炉中，在700℃下焙烧4h，得到锐钛矿二氧化钛(TiO2(A))纳米纤维；f、将200mg锐钛矿二氧化钛(TiO2(A))纳米纤维与30mg红磷在研钵中研磨混合均匀；g、将混合物封装于石英管中，在500℃下焙烧4h，焙烧后的产物用CS2洗涤后干燥得到红磷包覆二氧化钛(RP/TiO2(A))纳米纤维。实施例3：本实施例的红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法，包括以下步骤：a、将8gTiO2锐钛矿粉末与100mlNaOH溶液混合，再将混合后的溶液超声震荡0.7h；b、超声震荡完成后，将溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，并将反应釜置于烘箱中，在200℃下水热反应50h，反应完成后得到前驱体钛酸钠纳米纤维；c、将钛酸钠纳米纤维用去离子水洗涤，再用HCl溶液酸洗三次，使Na+被H+完全置换出来，最终得到钛酸纳米纤维；d、将钛酸纳米纤维继续用去离子水反复洗涤多次，直到pH值＝7为止，再经过抽滤、烘干、研磨后，得到氢型钛酸纳米纤维粉末；e、将氢型钛酸纳米纤维粉末置于马弗炉中，在800℃下焙烧5h，得到锐钛矿二氧化钛(TiO2(A))纳米纤维；f、将300mg锐钛矿二氧化钛(TiO2(A))纳米纤维与50mg红磷在研钵中研磨混合均匀；g、将混合物封装于石英管中，在700℃下焙烧5h，焙烧后的产物用CS2洗涤后干燥得到红磷包覆二氧化钛(RP/TiO2(A))纳米纤维。通过对上述实施例制得的红磷包覆二氧化钛(RP/TiO2(A))纳米纤维光催化材料进行光吸收率测定，如图1所示，以实施例1为例，加入红磷后的光催化材料，其光吸收范围得到了明显提升。在360～600nm的波长范围内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法，包括以下步骤：1)通过水热法制备钛酸纳米纤维；2)将钛酸纳米纤维焙烧得到锐钛矿二氧化钛纳米纤维；3)将锐钛矿二氧化钛纳米纤维和红磷研磨混合后封装在石英管中，并于真空条件下高温焙烧，制得红磷包覆二氧化钛纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法，包括以下步骤：1)通过水热法制备钛酸纳米纤维；2)将钛酸纳米纤维焙烧得到锐钛矿二氧化钛纳米纤维；3)将锐钛矿二氧化钛纳米纤维和红磷研磨混合后封装在石英管中，并于真空条件下高温焙烧，制得红磷包覆二氧化钛纳米纤维。2.根据权利要求1所述的红磷包覆二氧化钛纳米纤维光催化材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中钛酸纳米纤维的制备包括以下步骤：a、将3～8重量份的TiO2锐钛矿粉末与50～100容积份的NaOH溶液混合，再将混合后的溶液超声震荡0.3～0.7h；b、超声震荡完成后，将溶液转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，并将反应釜置于烘箱中，在150～200℃下水热反应45～50h，反应完成后得到前驱体钛酸钠纳米纤维；c、将钛酸钠纳米纤维用去离子水洗涤，再用HCl溶液酸洗三次，最终得到钛酸纳米纤维；d、将钛酸纳米纤维继续用去离子水反复洗涤多次，直到pH值＝7为止，再经过抽滤、烘干、研...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿超，杨东江，车延科，
申请(专利权)人：青岛鲁润中科环境工程技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37