【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂制备，具体涉及一种高性能掺银二氧化钛催化剂及其制备方法。
技术介绍
1、染料废水作为人类日常活动排放的废水之一，有机物含量大，水体颜色深，且染料废水中含有重金属及有毒成分，难以使用生物降解，对我们的生存环境安全带来极大的挑战。现有技术中处理污水的方法包括物理离心法、化学沉积法、生物降解法等，上述传统方法存在着效率低、成本高等问题，后续诞生的光催化法借助光能和光催化剂协同作用，能在更短时间内对有机物进行更彻底的降解，且光催化剂价格便宜又可以重复利用，因此光催化法获得广泛使用。
2、tio2纳米颗粒作为一种典型的半导体光催化剂，具有强氧化性和强还原性，物理化学性能稳定，在光催化领域被广泛应用。tio2的光催化性能由其能带带隙宽度决定。通常，tio2纳米颗粒的能带带隙为3.2ev，主要对紫外范围的光能敏感从而进行有效吸收，并产生电子空穴对用于有机物的降解。由于能带带隙偏宽，只对应紫外波段的光能有效吸收利用，这就大大限制了应用推广。所以，通过对tio2纳米颗粒进行改性，减少能带带隙，升高载流子迁移率同时降低电子空穴复合率，将吸收光源扩展到可见波段，对提高催化性能很有意义。
3、常见的对tio2改性方式包括减小颗粒粒径、控制晶型、离子掺杂、结构特殊化等，其中贵金属掺杂的方式效果明显，被广泛研究和应用。贵金属掺杂有着独特的优势，首先能形成肖特基势垒，使tio2表面的贵金属颗粒作为电子陷阱，从而在催化反应时更易稳定激发tio2的电子空穴、且激发后的电子空穴不易复合，更多地参与到催化反应。同时，由于l
4、贵金属掺杂tio2的主要方法包括超声辅助法、脉冲电沉积法、微乳液体系沉积法等，虽然制备获得的材料催化降解的效率也能有显著的提升，但制备过程相对麻烦、用到的化学试剂并不都环境友好，不适用于进行大规模生产；且现有方法制备的催化剂也存在催化性能差的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种高性能掺银二氧化钛催化剂及其制备方法，该催化剂具有催化效率高，制备方法简单的优点，可使用紫外光或可见光作为催化光源，有效解决现有的催化剂存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将钛靶置于去离子水中，采用脉冲激光器输出激光烧蚀钛靶，烧蚀结束后取出钛靶，得到二氧化钛溶液；
5、(2)将银靶置于二氧化钛溶液中，然后继续采用脉冲激光器输出激光烧蚀银靶，烧蚀结束后取出银靶，离心，收集沉淀，干燥，制得掺银二氧化钛催化剂。
6、进一步地，步骤(1)和步骤(2)中脉冲激光器为nd:yag纳秒激光器，输出的激光频率为3-10hz，脉冲宽度为10-12ns，作用于靶材上的光斑面积为1-2mm2，作用于靶材上的激光能量密度为11.5-20j/cm2。
7、进一步地，步骤(1)中烧蚀时间为25-35min。
8、上述方案中，该烧蚀时间可在水中形成充足的tio2纳米颗粒，便于后续与银纳米粒子结合；烧蚀时间过短，水中分散的tio2纳米颗粒不足，导致催化剂制备效率降低。
9、进一步地，步骤(1)中去离子水液面高度高于钛靶1-4mm。
10、上述方案中，将钛靶充分浸没在水中，可提高后续烧蚀效果。
11、进一步地，步骤(2)中烧蚀之前，对二氧化钛溶液进行超声振荡，使得二氧化钛颗粒在溶液中分散均匀。
12、上述方案中，超声处理过程可增加溶液中银纳米离子的分散均匀性，降低后续烧蚀过程中的团聚现象，同时可在后续烧蚀过程中充分与tio2纳米颗粒结合，改善催化剂的微观形貌，提高催化剂效果。
13、进一步地，步骤(2)中烧蚀时间为10-30min。
14、上述方案中，烧蚀时间过短，溶液中产生的银纳米粒子量少，影响与tio2纳米颗粒的结合效果；烧蚀时间过长，溶液中产生的银纳米粒子自身吸收更多的热量，会发生融合，导致银粒子的粒径增大，会影响与tio2纳米颗粒的结合效果，影响最终催化剂的催化效果；而且，烧蚀时间过长，银粒子在tio2纳米颗粒表面的覆盖增强，出现层状或毛刺状外壳，且外壳的面积逐渐增大，影响内部tio2纳米颗粒与光的接触，会降低材料的吸光度，影响催化效果。
15、进一步地，步骤(2)中烧蚀时间为10min。
16、上述方案中，10min为最优的烧蚀时间，此时银纳米粒子均匀的分散在tio2纳米颗粒表面，具有充足的活性位点的同时，还不会影响tio2纳米颗粒的吸光度，可充分提高催化效果。
17、一种高性能掺银二氧化钛催化剂，采用上述的方法制得。
18、上述高性能掺银二氧化钛催化剂在催化降解亚甲基蓝溶液中的应用。
19、进一步地，催化过程所用的光源为紫外光或可见光。
20、上述方案中，本专利技术中制备的催化剂具有应用范围更广的优势，紫外光照射和可见光照射均可以发挥催化效果。
21、本专利技术所产生的有益效果为：
22、1、本专利技术中的方法是在液体环境中利用纳秒激光器对金属单质靶材进行烧蚀，首先，液体环境会限制等离子体在靶材料表面的膨胀，从而使得等离子体的膨胀效应转化为热效应，依次诱发更强烈的极端高温高压环境。其次，等离子体在液体介质中的淬灭时间比在气体环境中的时间短许多，这意味着生产的新材料只有很短的生长时间，也限制了更大的尺寸颗粒出现。最后，在高温高压环境下，等离子体和靶材料边界、等离子体和液体介质边界和靶材料边界都与液体边界相互作用。当等离子体退去时，在这些边界处新材料逐渐分散到液体介质中，这样相较于气体介质，更有利于制备纳米颗粒的收集。
23、本专利技术中当钛靶在水环境中多次受到激光脉冲作用下会生成tio2纳米颗粒，之后再增加脉冲激光轰击时长，会经历融合、破碎最后直到粒径动态平衡的过程。随着脉冲次数的增加，tio2纳米粒子的晶态从锐钛矿相向金红石相变化，同时出现特殊形貌。使用tio2纳米颗粒溶液作为新的液体环境，更换靶材继续轰击ag靶，生成的ag纳米颗粒与tio2纳米颗粒发生融合，形成掺银二氧化钛催化剂。
24、2、本专利技术的方法主要利用激光烧蚀过程中产生的冲击波、高温环境等因素促进溶液中的tio2纳米颗粒和银纳米粒子之间发生融合，促使银纳米粒子附着在tio2纳米颗粒表面，制备得到催化效果好的催化剂；该方法通过控制激光烧蚀的时间来调节银纳米粒子的负载量和催化剂的微光形貌，进而提高催化剂的催化效果。
25、3、本专利技术中掺银二氧化钛催化剂在紫外光照射条件下，紫外光的能量足够使tio2能带中的电子跃迁至导带，能够产生电子空穴对；由于tio2导带的能级比ag的费米能级高，所以在电场的作用下tio2导带中的光生e-将移至到ag的表面，并且难以再离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中脉冲激光器为Nd:YAG纳秒激光器，输出的激光频率为3-10Hz，脉冲宽度为10-12ns，作用于靶材上的光斑面积为1-4mm2，作用于靶材上的激光能量密度为11.5-20J/cm2。
3.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中烧蚀时间为25-35min。
4.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中去离子水液面高于钛靶1-4mm。
5.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中烧蚀之前，对二氧化钛溶液进行超声振荡，使得二氧化钛颗粒在溶液中分散均匀。
6.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中烧蚀时间为10-30min。
7.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤
8.一种高性能掺银二氧化钛催化剂，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的方法制得。
9.权利要求8中所述的高性能掺银二氧化钛催化剂在催化降解亚甲基蓝溶液中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，催化过程中所用的光源为紫外光或可见光。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中脉冲激光器为nd:yag纳秒激光器，输出的激光频率为3-10hz，脉冲宽度为10-12ns，作用于靶材上的光斑面积为1-4mm2，作用于靶材上的激光能量密度为11.5-20j/cm2。
3.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中烧蚀时间为25-35min。
4.如权利要求1所述的高性能掺银二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中去离子水液面高于钛靶1-4mm。
5.如权利要求1所述的高性能...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩敬华，龙星安，李严，彭景，
申请(专利权)人：四川清冉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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