專利名稱：負載型可見光響應(yīng)光電催化材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電催化材料及其制備方法，特別是一種負載型可見光響應(yīng)光電催化材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
光催化技術(shù)是一種利用光照激發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)生光生電子和光生空穴，來實現(xiàn)有機污染物的徹底礦化，具有環(huán)境友好無二次污染的特點，在處理水相有機污染物中有潛在的應(yīng)用前景。二氧化鈦(TiO2)具有很高的光催化活性和良好的生物、化學(xué)惰性，且不會發(fā)生光腐蝕和化學(xué)腐蝕，而且價格相對便宜，被證明最適合用作光催化材料。但TiO2的能帶帶隙較寬(3.2 eV)，只能被波長小于380 nm的紫外光激發(fā)，但太陽光中紫外光能量所占比例僅約 5%，而約有50%的能量集中在可見光區(qū)間，因此純TiO2它對太陽光的利用率很低，而且二氧化鈦光生電子-空穴復(fù)合率高，限制了其可見光催化活性；另外，粉末狀的TiO2光催化材料存在難以分離、易流失的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種負載型可見光響應(yīng)光電催化材料。本發(fā)明的目的之二在于提供該催化材料的制備方法。該方法首先制備銅離子摻雜 TiO2溶膠，并引入適當(dāng)?shù)某赡ぬ砑觿?，在不銹鋼基底上成膜后，經(jīng)過高溫煅燒，在不銹鋼基底上形成具有可見光催化活性的光催化薄膜，通過在不銹鋼基底上外加一定的偏壓可以實現(xiàn)高效的可見光激發(fā)下的光電催化降解水相有機污染物。為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種負載型可見光響應(yīng)光電催化材料，其特征在于該材料在不銹鋼基底的表面附著有銅離子摻雜的TiO2薄膜而形成的，其中銅與鈦的摩爾比為(0.01 0.5) :100。上述的銅離子摻雜的TiO2薄膜的厚度為1飛U m。上述的銅與鈦的摩爾比為:0. 05 0. I :100?！N制備上述的負載型可見光響應(yīng)光電催化材料的方法，其特征在于該方法的具體步驟為
a.在二乙醇胺的無水乙醇溶液中，依次加入聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷，得到黃色的液體，繼續(xù)攪拌，再加入銅鹽的乙醇溶液其中二乙醇胺與的無水乙醇的體積比為(0. I I. 5) : 5，PEG與無水乙醇的體積比在(0. 5 I. 5) : 5，鈦源與無水乙醇的體積比為(0. I 4) :5，乙烯基三乙氧基硅烷與無水乙醇的體積比為(I 5) : 100，銅離子與鈦源的摩爾比在(0.01-0. 5) :100 ；
b.用提拉涂膜法在經(jīng)過清洗的不銹鋼基底上成膜，然后在高溫(400-500°C)煅燒以去除有機物，即得到負載型可見光響應(yīng)光電催化材料。上述的銅鹽可以為硝酸銅或氯化銅。
上述的二乙醇胺與的無水乙醇的體積比可以為1:5。上述的PEG與無水乙醇的體積比可以為0. 9:5。上述的鈦源與無水乙醇的體積比可以為1. 25:5。上述的A-151與乙醇的體積比可以為3:100。上述的銅離子與鈦源的摩爾比可以為0. 05:100。上述的鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四乙酯。本發(fā)明通過銅離子的摻雜實現(xiàn)TiO2對可見光的響應(yīng)，并通過溶膠凝膠技術(shù)在不銹鋼基底上形成多孔的薄膜，該薄膜具有較大的比表面積且與基底結(jié)合牢固，而且可以通過在外加一定的偏壓，通過電場協(xié)助抑制光生電子-空穴對的復(fù)合。可見光響應(yīng)的高效光電催化材料將會提高太陽光能量的利用率，從而提高有機廢水的降解效率，更有實際應(yīng)用價值。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明
實施例一具體步驟如下
I.溶膠的制備將49 mL的二乙醇胺滴加到250 mL的無水乙醇中，并同時攪拌，5 min 后二乙醇胺滴加完畢，開始滴加45 mL的PEG400，5 min后PEG400滴加完畢，開始加入 62. 5mL鈦酸四丁酯，10 min后鈦酸四丁酯滴加完畢，得到黃色的液體，再加入一定比例的 Cu (NO3)2 (摩爾比Cu:Ti=O. 01:100)，繼續(xù)攪拌，等待反應(yīng)完全，4 h后，反應(yīng)結(jié)束，停止攪拌， 得到淡黃色溶膠。2.不銹鋼的預(yù)處理將0. 5 mm厚的不銹鋼片剪成寬為15 mm的鋼片，再在水中用超聲波清洗30 min，然后用丙酮在超聲波下清洗30 min，最后用去離子水在超聲波下清洗 30 min，取出不銹鋼片，干燥，然后放入密封袋中密封。3.薄膜的制備取出50 mL的溶膠加入I. 5mL助劑A-151，攪拌I h，然后用提拉涂膜法，以5 cm/s的速度將鋼片提拉出來，然后放在140 1的烘箱中干燥，15 min后拿出， 再進行以上操作，將鋼片涂覆三次后，放入140 °C的烘箱中干燥2 h，然后在馬沸爐中以權(quán)利要求
1.一種負載型可見光響應(yīng)光電催化材料，其特征在于該材料在不銹鋼基底的表面附著有銅離子摻雜的TiO2薄膜而形成的，其中銅與鈦的摩爾比為(0. 01 O. 5) :100。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的負載型可見光響應(yīng)光電催化材料，其特征在于所述的銅離子摻雜的TiO2薄膜的厚度為1飛μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的負載型可見光響應(yīng)光電催化材料，其特征在于所述的銅與鈦的摩爾比為0. 05 O. I =IOO0
4.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的負載型可見光響應(yīng)光電催化材料的方法,其特征在于該方法的具體步驟為a.在二乙醇胺的無水乙醇溶液中，依次加入聚乙二醇PEG、鈦源和乙烯基三乙氧基硅烷，得到黃色的液體，繼續(xù)攪拌，再加入銅鹽的乙醇溶液；其中二乙醇胺與的無水乙醇的體積比為(O. I I. 5) : 5，PEG與無水乙醇的體積比在(O. 5 I. 5) : 5，鈦源與無水乙醇的體積比為(O. I 4) :5，乙烯基三乙氧基硅烷與無水乙醇的體積比為(I 5) : 100，銅離子與鈦源的摩爾比在(O. 01-0. 5) :100 ；b.用提拉涂膜法在經(jīng)過清洗的不銹鋼基底上成膜，然后在高溫(400-500°C)煅燒以去除有機物，即得到負載型可見光響應(yīng)光電催化材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的銅鹽為硝酸銅或氯化銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的二乙醇胺與的無水乙醇的體積比為1:5。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的PEG與無水乙醇的體積比O.9:5。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的鈦源與無水乙醇的體積比為I.25:5。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的A-151與乙醇的體積比為3:100。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的銅離子與鈦源的摩爾比為O.05:100。
11.根據(jù)權(quán)利要求4、8或10所述的方法，其特征在于所述的鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四乙酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種負載型可見光響應(yīng)光電催化材料及其制備方法。本發(fā)明通過銅離子的摻雜實現(xiàn)TiO2對可見光的響應(yīng)，并通過溶膠凝膠技術(shù)在不銹鋼基底上形成多孔的薄膜，該薄膜具有較大的比表面積且與基底結(jié)合牢固，而且可以通過在外加一定的偏壓，通過電場協(xié)助抑制光生電子-空穴對的復(fù)合?？梢姽忭憫?yīng)的高效光電催化材料將會提高太陽光能量的利用率，從而提高有機廢水的降解效率，更有實際應(yīng)用價值。
文檔編號B01J23/72GK102580741SQ20121000371
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者張劍平, 王舒潔, 袁帥, 錢明 申請人:上海大學(xué)