一种体相共掺杂可见光光催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种体相共掺杂可见光光催化材料及其制备方法和应用，属于无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护技术领域。该体相共掺杂可见光光催化材料为金属和非金属元素体相共掺杂的二氧化钛材料，其中金属元素具有光生电荷存储与释放能力，非金属元素可引起二氧化钛可见光响应。通过金属和非金属元素体相共掺杂进不具可见光响应的二氧化钛晶格中，可实现该类光催化材料在可见光下对环境中的污染物无间断地处理，该发明专利技术同时解决了二氧化钛光催化材料无可见光响应和在失去外界光源的能量供应之后反应活性迅速丧失的缺陷。

A bulk co-doped visible-light photocatalytic material and its preparation method and Application

The invention discloses a bulk co-doped visible light photocatalytic material and its preparation method and application, belonging to the technical field of inorganic non-metallic nanomaterials preparation, solar energy utilization and environmental protection. The bulk-phase co-doped visible-light photocatalytic material is a metal and non-metallic phase co-doped titanium dioxide material, in which the metal elements have the ability of photogenerated charge storage and release, and the non-metallic elements can cause the visible-light response of titanium dioxide. By co-doping metallic and non-metallic elements into titanium dioxide lattices without visible light response, the photocatalytic materials can treat the pollutants in the environment uninterruptedly under visible light. The invention also solves the shortcomings of titanium dioxide photocatalytic materials without visible light response and rapid loss of reaction activity after losing the energy supply of external light sources.

【技术实现步骤摘要】
一种体相共掺杂可见光光催化材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及无机非金属纳米材料制备、太阳能利用与环境保护
，具体涉及一种体相共掺杂可见光光催化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
光催化技术在环境污染治理和洁净能源生产方面具有巨大的应用价值，其研发重点是设计并合成高效的光催化材料。二氧化钛由于化学性质稳定、无毒、光催化活性高、廉价易得等优点而成为被研究的最多、最有前途的光催化材料。然而，二氧化钛的实际应用仍然面临着以下两个问题：一是无可见光响应。二氧化钛由于带隙较宽，仅能被紫外光激发，然而辐射到地球表面的太阳光中具有高能量的紫外光的含量仅为5％左右，可见光的含量则高达45％，为了提高二氧化钛对太阳光的利用率，必须提高其对可见光的响应能力。二是在失去外界光源的能量供应之后反应活性迅速丧失，无法仅利用太阳能来持续处理环境中的污染物，必须配置辅助光源才能在黑夜中持续具有反应活性。为了增强二氧化钛对环境污染的处理效果，降低处理成本和能耗，非常有必要开发出具有光生电荷存储与释放能力的二氧化钛光催化材料(在此称之为具有光生电荷“记忆效应”的光催化材料)，即光催化材料储存其在光照条件下产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体相共掺杂可见光光催化材料，其特征在于：该光催化材料为具有光生电荷存储与释放能力的金属元素与可引起体相材料可见光响应的非金属元素共掺杂的二氧化钛基纳米材料，该光催化材料能够在可见光照射下存储光生电荷，并在关闭光照后将所存储的光生电荷释放进而生成活性基团，使该光催化材料在无光照条件下继续保持活性，实现该光催化材料的连续工作。

【技术特征摘要】
1.一种体相共掺杂可见光光催化材料，其特征在于：该光催化材料为具有光生电荷存储与释放能力的金属元素与可引起体相材料可见光响应的非金属元素共掺杂的二氧化钛基纳米材料，该光催化材料能够在可见光照射下存储光生电荷，并在关闭光照后将所存储的光生电荷释放进而生成活性基团，使该光催化材料在无光照条件下继续保持活性，实现该光催化材料的连续工作。2.按照权利要求1所述的体相共掺杂可见光光催化材料，其特征在于：所述具有光生电荷存储与释放能力的金属元素为钨、钼和钒元素中的一种或几种，所述可引起体相材料可见光响应的非金属元素为碳、氮和硫元素中的一种或几种。3.按照权利要求1所述的体相共掺杂可见光光催化材料，其特征在于：所述二氧化钛基纳米材料是指尺寸为纳米级别的掺杂二氧化钛材料，二氧化钛的晶相为锐钛矿相、金红石相或板钛矿相。4.按照权利要求1所述体相共掺杂可见光光催化材料，其特征在于：所述具有光生电荷存储与释放能力的金属元素和可引起体相材料可见光响应的非金属元素均匀掺杂于二氧化钛晶格中，其中：具有光生电荷存储与释放能力的金属元素的原子百分含量为0.1-20％，可引起体相材料可见光响应的非金属元素的原子百分含量为0.1-5％。5.按照权利要求1-4任一所述的体相共掺杂可见光光催化材料的制备方法，其特征在于：该方法是依次利用合金化和气氛热处理的技术手段，将具有光生电荷存储与释放能力的金属元素和可引起体相材料可见光响应的非金属元素均匀掺杂进二氧化钛晶体中，获得所述体相共掺杂可见光光催化材料。6.按照权利要求5所述的体相共掺杂可见光光催化材料，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：(1)将具有光生电荷存储与释放能力的金属和金属钛按照所需比例混合，在2000-4000℃条件下反复熔炼三次以上，使其混合均匀，得到合金锭；将合金锭按照2-10℃/min的升温速率升温，升温至1000-1500℃进行均匀化退火，保温3-10h；合金锭进行均匀化退火后，直接淬火至室温，得到单相合金；(2)将步骤(1)所得单相合金进行氧化处理，获得无定形二氧化钛基纳米材料；所述氧化处理采用电化学阳极氧化、化学腐蚀氧化或气相氧化方式处理；(3)将步骤(2)得到的无定形二氧化钛基纳米材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，杨炜沂，冯凡，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21