一种基于混合相TiO2纳米材料的光催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及光催化剂，具体涉及一种基于混合相tio2纳米材料的光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、随着人口的急剧增长和工业的快速发展，水体污染越来越严重，这些污染不仅造成严重的环境问题，对人们的生活和健康造成巨大威胁。相较于传统的水体污染物处理方法，光催化处理技术具有非常明显的优势，绝大多数污染物都能够被光催化反应所氧化或还原，生成二氧化碳与水以及其他无害的分子或离子，这种处理方式对环境非常友好。同时，光催化反应的条件不苛刻，且反应的速率快、易于操控。它以光作为驱动力，可以利用取之不尽的太阳能，有利于节约能源。因此将光催化技术应用于水体污染无的处理是一种理想的选择，具有极大的发展潜力。

3、在众多光催化的半导体材料中，tio2因其氧化-还原性强、物理化学性质稳定、抗腐蚀、价格低廉且不会造成二次污染而成为目前最有潜力的半导体光催化剂。tio2(b)是继锐钛矿、金红石和板钛矿之后又一种被发现的tio2晶相，其是由tio6八面体连接而成，该tio6八面体存在共边和共顶点两种连接方式，并有一条位于轴向氧原子之间并且平行于y轴的开放通道。这种结构使tio2(b)具有独特的晶体内部各向异性，尤其适合电荷传递，因此最初常被用于太阳能电池的负极材料。同时研究发现，tio2(b)是一种亚稳态结构，具有大量的表面氧缺陷可吸引光生电子并作为反应位点；并且其禁带宽度低于锐钛矿与金红石相，有利于增加吸收光的范围；因此使得tio2(b)具有作为光催化剂的潜力。然而，tio2(b)在水溶液中分散性较差，易于团聚，因此限制了其作为光催化剂的应用。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种基于混合相tio2纳米材料的光催化剂及其制备方法与应用。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种混合相tio2纳米材料，其以锐钛矿相tio2纳米带为载体，负载有tio2(b)纳米片。

4、本发明的第二个方面，提供上述混合相tio2纳米材料的制备方法，包括：

5、(1)将二氧化钛p25分散于碱液中，后进行溶剂热反应，将反应后的沉淀洗涤值中性，获得h2tio3纳米带，煅烧后获得锐钛矿相tio2纳米带；

6、(2)将锐钛矿相tio2纳米带分散于溶剂中，加入ticl4，后进行溶剂热反应，获得混合相tio2纳米材料。

7、本发明的第三个方面，提供上述混合相tio2纳米材料作为光催化剂在光催化降解污染物中的应用。

8、本发明的有益效果在于：

9、(1)tio2三种传统晶相中，锐钛矿相在纳米尺度的性质最为稳定，光催化性能也最好，因而大多数tio2基光催化剂都选择锐钛矿纳米结构。然而较大的禁带宽度(3.2ev)使得锐钛矿相tio2只能吸收仅占太阳光5％的紫外光，且单一晶相的tio2在受到光激发后，产生的光生电子和空穴极易复合，这些都会影响材料的光催化效率。本发明中提供了一种混合相tio2纳米材料，其以锐钛矿相tio2纳米带为载体，负载有tio2(b)纳米片。tio2(b)较低的禁带宽度使得材料可吸收部分可见光，其表面分布的缺陷可作为电子陷阱参与到光催化反应中。当该混合相tio2收到光激发，光生电子和空穴可以在两种晶相之间迁移。同时，tio2(b)纳米片的引入使得材料表面积大幅度增加，当光生载流子迁移到材料表面，可以快速与体系中的有机分子反应，因而提升光催化反应速率的同时有效避免光生载流子的复合，保证光催化反应长期稳定在较高水平。再者，将tio2(b)纳米片负载于锐钛矿相tio2纳米带上，可以提高tio2(b)纳米片在水溶液中的分散度，避免了团聚，同时两者结合后形成的混合相tio2增加了材料表面的亲水性，进而提升了光催化效率。

10、(2)本发明提供的混合相tio2纳米材料在可见光的条件下可以有效的降解水体中的有机染料、氯酚类化合物、抗生素以及重金属离子。

11、(3)本发明提供的混合相tio2纳米材料制备过程简单，经济实用，无需特殊设备和苛刻条件，具有实用价值，易于规模化生产。

1.一种混合相tio2纳米材料，其特征在于，其以锐钛矿相tio2纳米带为载体，负载有tio2(b)纳米片。

2.权利要求1所述的混合相tio2纳米材料的制备方法，其特征在于，包括：

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱液包括naoh溶液；优选地，naoh溶液的浓度为0.8～1.2mol/l，优选为1mol/l；优选地，二氧化钛p25与naoh的摩尔比为0.3～0.4:3，优选为0.375:1。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溶剂热反应的温度为200～250℃，优选为220℃；溶剂热反应的时间为18～25h，优选为20h；

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶剂包括乙二醇；优选地，锐钛矿相tio2纳米带在乙二醇的浓度为1～1.5mg/ml，优选为1.2mg/ml。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，ticl4溶液包括ticl4乙醇溶液，ticl4乙醇溶液的体积分数为8％～15％，优选为10％；

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，溶剂热反应的温度为120～180℃，优选为150℃；溶剂热反应的时间为8～15h，优选为10h。

8.权利要求1所述的混合相tio2纳米材料和/或权利要求2～8任一项所述的制备方法制备的混合相tio2纳米材料作为光催化剂在光催化降解污染物中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述污染物包括有机染料、氯酚类化合物、抗生素以及重金属离子。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述有机染料包括甲基橙；所述氯酚类化合物包括2,4-二氯苯酚；所述抗生素包括环丙沙星；所述重金属离子包括cr(vi)。