釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可見光響應(yīng)的硼/釩共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合納米光催化劑的制備方法，屬于納米材料制備及應(yīng)用領(lǐng)域。該方法制備的催化劑可通過以下步驟完成：(1)以四水合乙酸鎳為前驅(qū)體制備草酸鎳干凝膠；(2)在溶膠凝膠法制備硼釩共摻雜納米二氧化鈦過程中加入草酸鎳干凝膠，進一步形成復(fù)合光催化劑凝膠；(3)將凝膠進行干燥、研磨、熱處理后處理制得納米二氧化鈦氧化鎳復(fù)合光催化劑。該法制備的光催化劑具有優(yōu)良的光催化效果的同時，其光頻率響應(yīng)范圍由紫外光區(qū)拓展至可見光區(qū)，其光催化效率有大幅度提高。并且制備原料容易獲得，反應(yīng)條件溫和，副產(chǎn)物對環(huán)境無污染。
【專利說明】釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料制備及應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種可見光響應(yīng)的硼/釩共摻雜 二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合納米光催化劑的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鈦俗稱鈦白粉，因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于稀酸、稀堿，沒有生物毒性而被 廣泛應(yīng)用于涂料、造紙、化妝品等領(lǐng)域。然而隨著二氧化鈦光催化性的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展，二氧化鈦 再次成為研究熱點，二氧化鈦的光催化性是其將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的能力。當(dāng)受到紫外光 照射時，二氧化鈦吸收光子，價帶上的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成分離的電子和空穴，這些自 由的電子和空穴具有很強的反應(yīng)活性，不僅可以氧化大部分有機物分子，甚至還可以分解 水產(chǎn)生氫氣，這對于環(huán)境保護以及解決能源危機都具有重要的意義。但是由于二氧化鈦的 帶隙寬（銳鈦礦：3. 2eV，金紅石：3.OeV)，只有在紫外線下才能產(chǎn)生光催化效果，而紫外線 只占自然光總能量的5%左右。同時，由于光生載流子在二氧化鈦內(nèi)部易結(jié)合，將能量以熱 量形式釋放，導(dǎo)致參與光催化反應(yīng)的活性載流子減少，光催化效率不高。目前，針對上述問 題，研究的重點主要集中在表面沉積貴金屬、表面染料光敏化、元素?fù)诫s以及復(fù)合半導(dǎo)體異 質(zhì)結(jié)構(gòu)四方面?？墒牵瑔我徊呗运坪跻呀?jīng)到達瓶頸，存在著不同程度的缺陷，其中表面沉積 貴金屬成本高，難以推廣；表面染料光敏化光催化受染料有效壽命限制；摻雜元素引入的 雜質(zhì)能級易成為光生載流子的重結(jié)合阱。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對純二氧化鈦光能利用率低，光催化效率低的問題，本發(fā)明結(jié)合元素?fù)诫s與半 導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)兩種策略，通過非金屬元素硼與過渡金屬元素釩的復(fù)合摻雜，來擴大二氧化 鈦的光響應(yīng)范圍，通過與氧化鎳制成p-n半導(dǎo)體異質(zhì)節(jié)結(jié)構(gòu)，降低光生載流子復(fù)合幾率，提 高光催化效率，進而提出一種新型二氧化鈦基納米光催化劑的成分設(shè)計及其相關(guān)制備方 法。
[0004] -種釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于制備步 驟是：
[0005] (1)、以四水合乙酸鎳為前驅(qū)體制備草酸鎳干凝膠；
[0006] (2)、在溶膠凝膠法制備硼釩共摻雜納米二氧化鈦的過程中加入草酸鎳干凝膠，進 一步形成復(fù)合光催化劑凝膠；
[0007] (3)、將復(fù)合光催化劑凝膠進行干燥、研磨、熱處理后處理制得納米二氧化鈦氧化 鎳復(fù)合光催化劑。
[0008] 所述步驟（2)中，復(fù)合光催化劑凝膠采用兩步法制備，具體步驟如下：
[0009] 將鈦酸四丁酯（TBOT)作為鈦源與無水乙醇（C2H6O)混合，加入乙酰丙酮（C5H8O2)作 為抑制劑，乙酰丙酮氧釩（CltlH14O5V)作為釩源，混合均勻，標(biāo)記為A液備用；將硼酸（H3BO4) 作為硼源，溶于去離子水（H2O)，調(diào)節(jié)pH值在2. 5?3. 5范圍內(nèi)，然后加與步驟（2)等量的 無水乙醇混合均勻，標(biāo)記為B液備用；在強力攪拌下，將步驟（1)所得草酸鎳干凝膠加入A液并攪拌均勻，將B液逐滴加入A液，加料完畢后，持續(xù)攪拌6?8h，將所得溶膠在室溫下陳 化24?48h，得到凝膠。
[0010] 進一步的，將草酸鎳干凝膠在制備硼釩共摻雜二氧化鈦過程中引入，進而實現(xiàn)氧 化鎳與二氧化鈦的復(fù)合，具體表現(xiàn)在B液加入A液前將草酸干凝膠加入A液。
[0011] 進一步的，步驟（3)中煅燒使用的是管式爐煅燒，氣氛為空氣氣氛。
[0012] 進一步的，所述的釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑可在光催化降解有 機物中應(yīng)用。
[0013] 制備過程中所涉及物料相對于鈦酸四丁酯（TBOT)的摩爾比例如下表所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于制備步驟 是： 1) 、以四水合乙酸鎳為前驅(qū)體制備草酸鎳干凝膠； 2) 、在溶膠凝膠法制備硼釩共摻雜納米二氧化鈦的過程中加入草酸鎳干凝膠，進一步 形成復(fù)合光催化劑凝膠； 3) 、將復(fù)合光催化劑凝膠進行干燥、研磨、熱處理后處理制得納米二氧化鈦氧化鎳復(fù)合 光催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征 在于，所述步驟（2)中，復(fù)合光催化劑凝膠采用兩步法制備，具體步驟如下： 鈦酸四丁酯（TBOT)作為鈦源與無水乙醇（C2H60)混合，加入乙酰丙酮（C5H802)作為 抑制劑，乙酰丙酮氧釩（C10H1405V)作為釩源，混合均勻，標(biāo)記為A液備用；將硼酸（H3B04) 作為硼源，溶于去離子水（H20)，調(diào)節(jié)pH值在2. 5?3. 5范圍內(nèi)，然后加與步驟（2)等量的 無水乙醇混合均勻，標(biāo)記為B液備用；在強力攪拌下，將步驟（1)所得草酸鎳干凝膠加入A 液并攪拌均勻，將B液逐滴加入A液，加料完畢后，持續(xù)攪拌6?8h，將所得溶膠在室溫下陳 化24?48h，得到凝膠。
3. 根據(jù)權(quán)利2所述的釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征 在于，將草酸鎳干凝膠在制備硼釩共摻雜二氧化鈦過程中引入，進而實現(xiàn)氧化鎳與二氧化 鈦的復(fù)合，具體表現(xiàn)在B液加入A液前將草酸干凝膠加入A液。
4. 根據(jù)權(quán)利2所述的釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征 在于，其中主要參與反應(yīng)化學(xué)物質(zhì)的摩爾配比如下：
5. 根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于，步驟（3)中煅燒使用的是管式爐煅燒，氣氛為 空氣氣氛。
6. 根據(jù)權(quán)利1所述的釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征 在于，釩硼共摻雜二氧化鈦與氧化鎳復(fù)合光催化劑能在光催化降解有機物中應(yīng)用。
【文檔編號】A61L9/18GK104226320SQ201410429679
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】于浩, 張佳良, 王統(tǒng) 申請人:北京科技大學(xué)