一种F掺杂宽光域响应TiO

摘要

本发明涉及一种F掺杂宽光域响应TiO

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来利用光催化氧化技术解决日益严重的水、空气、土壤等环境污染问题的研究发展的非常迅速。但从应用角度看，目前还存在如下问题：光催化剂光谱响应范围＜380nm，对太阳能利用率低；以电驱动的紫外光源其电—光转换效率低(＜25 %)，大部分电能转化为热能，转移出反应体系而未被利用，反应系统总能量利用率低；常规TiO₂光催化剂的量子效率低等。因此，研制太阳光响应光催化剂拓展其光谱响应范围(＞380nm)，提高光催化量子效率成为世界范围的研究热点。过渡金属离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合、染料敏化等方法均可不同程度地提高TiO₂可见光催化活性。但催化剂的紫外光区活性、稳定性、光吸收效率、使用寿命等仍难以保证。

非金属离子(N、S、C、F)掺杂对提高TiO₂可见光响应能力具有较好的效果。但目前大部分都集中于在传统化学溶剂中开发制备可见光催化剂，或者采用传统化学方法对其进行掺杂改性制备可见光催化剂，这些方法效果均还不甚理想。因此寻求一种环境友好技术、合成高性能的可见光催化剂的方法，成为众多学者研究的热点。

发明内容

本发明在于提供一种F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂及其制备方法，制备方法简单，所制备的F掺杂的TiO₂在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性。

本发明是通过如下技术方案实施的：

一种F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂，是以离子液体/水为混合溶剂，氟化氨为F源，四氯化钛为Ti源，采用液相水解-沉淀法制得的F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂。

所述的离子液体/水的混合溶剂，离子液体与水的体积比为：3:1~10:1。

所述的离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

所述制备方法的具体步骤为：

1）在100~300mL的离子液体/水混合介质中，滴加盐酸，调节混合介质的pH至3~5；

2）滴加5~15mL的TiCl₄到步骤1）的混合介质中，反应20~40min；

3） 将步骤2）得到的溶液升温至70~90℃，并用NH₄OH调节溶液的pH值至中性，反应30~60min，得到含有固相产物的溶液；

4）将步骤3）得到的含有固相产物的溶液于室温下陈化8~15h，然后用蒸馏水洗涤固相产物，洗至无Cl^-，再用乙醇洗2~4次，转移到陶瓷坩埚中；

5）在瓷坩埚中再加入氟化铵和乙醇，使Ti与氟的摩尔量之比为1:0.10 ~ 1:2.00，乙醇的加入量为80~120mL，在搅拌下反应1~3 h，室温下陈化8~12 h，70~90℃真空干燥，研磨，得物料；

6）将研磨后的物料，放进马弗炉中，在空气气氛中以10~20℃/min的速率升温至400~900℃,并恒温焙烧1~3 h，自然冷却至室温，制得所述的F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂。

所述步骤1）的离子液体/水的混合溶剂，离子液体与水的体积比为：3:1~10:1。

所述步骤1）的离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

所述步骤6）中将研磨后的物料，放进马弗炉中，在空气气氛中以10~20℃/min的速率升温至550~750℃并恒温焙烧1~3h，自然冷却至室温，制得所述的F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂。

本发明的优点为：本发明制备方法简单，以绿色离子液体/水为混合溶剂，氟化氨为F源，四氯化钛为Ti源，采用液相水解-沉淀法制得F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂，在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性。且TiO₂粒子分散均匀，相转变温度提高，相转变速率减缓。该方法的成功研制，为在环境友好溶剂离子液体中开发可见光催化剂提供一定的理论指导作用。

附图说明

图1为600 ℃活化制得不同F掺杂量F-TiO₂光催化剂的漫反射光谱；

图2为不同热处理温度F-TiO₂的XRD谱；

图3为不同热处理温度TiO₂的XRD谱；

图4为可见光下不同F掺杂量F-TiO₂的光催化活性(600℃焙烧)；

图5为紫外光下不同F掺杂量F-TiO₂的光催化活性(600℃焙烧)；

图6为太阳光下不同F掺杂量F-TiO₂的光催化活性(600℃焙烧)。

具体实施方式

一种F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂的制备方法的具体步骤为：

1）在100-300mL的离子液体/水混合介质中，滴加盐酸，调节混合介质的pH至3~5；

2）滴加5-15mL的TiCl₄到步骤1）的混合介质中，反应20~40min；

3） 将步骤2）得到的溶液升温至70~90℃，并用NH4OH调节溶液的pH值至中性，反应30~60min，得到含有固相产物的溶液；

4）将步骤3）得到的含有固相产物的溶液于室温下陈化8~15h，然后用蒸馏水洗涤固相产物，洗至无Cl^-，滴加AgNO₃溶液无白色沉淀产生，再用乙醇洗2-4次，转移到陶瓷坩埚中；

5）在瓷坩埚中再加入氟化铵和乙醇，使Ti与氟的摩尔量之比为1:0.10 ~ 1:2.00，乙醇的加入量为80~120mL，在搅拌下反应1~3 h，室温下陈化8~12 h，70~90℃真空干燥，研磨，得物料；

6）将研磨后的物料，放进马弗炉中，在空气气氛中以10~20℃/min的速率升温至400~900℃,并恒温焙烧1~3 h，自然冷却至室温，制得所述的F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂。

所述离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

所述的离子液体/水混合介质，离子液体与水的体积比为：3:1~10:1。

实施例1

一种F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂的制备方法的具体步骤为：

1）在100mL的离子液体/水混合介质中，滴加盐酸，调节混合介质的pH至3；

2）滴加5mL的TiCl₄到步骤1）的混合介质中，反应20min；

3）将步骤2）得到的溶液升温至70℃，并用NH4OH调节溶液的pH值至中性，反应30min，得到含有固相产物的溶液；

4）将步骤3）得到的含有固相产物的溶液于室温下陈化8h，然后用蒸馏水洗涤固相产物，洗至无Cl^-，滴加AgNO₃溶液无白色沉淀产生，再用乙醇洗2次，转移到陶瓷坩埚中；

5）在瓷坩埚中再加入氟化铵和乙醇，使Ti与氟的摩尔量之比为1:0.10，乙醇的加入量为80mL，在搅拌下反应1h，室温下陈化8 h，70℃真空干燥，研磨，得物料；

6）将研磨后的物料，放进马弗炉中，在空气气氛中以10℃/min的速率升温至400℃,并恒温焙烧1 h，自然冷却至室温，制得所述的F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂。

所述离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

所述的离子液体/水混合介质，离子液体与水的体积比为：3:1。

实施例2

一种F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂的制备方法的具体步骤为：

1）在300mL的离子液体/水混合介质中，滴加盐酸，调节混合介质的pH至5；

2）滴加15mL的TiCl₄到步骤1）的混合介质中，反应40min；

3）将步骤2）得到的溶液升温至90℃，并用NH4OH调节溶液的pH值至中性，反应60min，得到含有固相产物的溶液；

4）将步骤3）得到的含有固相产物的溶液于室温下陈化15h，然后用蒸馏水洗涤固相产物，洗至无Cl^-，再用乙醇洗4次，转移到陶瓷坩埚中；

5） 在瓷坩埚中再加入氟化铵和乙醇，使Ti与氟的摩尔量之比为1:2.00，乙醇的加入量为120mL，在搅拌下反应3 h，室温下陈化12 h，90℃真空干燥，研磨，得物料；

6）将研磨后的物料，放进马弗炉中，在空气气氛中以20℃/min的速率升温至900℃,并恒温焙烧3 h，自然冷却至室温，制得所述的F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂。

所述离子液体为1-己基-3甲基咪唑四氟硼酸盐。

所述的离子液体/水混合介质，离子液体与水的体积比为：10:1。

实施例3

一种F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂的制备方法的具体步骤为：

1）在200mL的离子液体/水混合介质中，滴加盐酸，调节混合介质的pH至4；

2）滴加10mL的TiCl₄到步骤1）的混合介质中，反应30min；

3）将步骤2）得到的溶液升温至80℃，并用NH4OH调节溶液的pH值至中性，反应40min，得到含有固相产物的溶液；

4）将步骤3）得到的含有固相产物的溶液于室温下陈化10h，然后用蒸馏水洗涤固相产物，洗至无Cl^-，再用乙醇洗3次，转移到陶瓷坩埚中；

5） 在瓷坩埚中再加入氟化铵和乙醇，使Ti与氟的摩尔量之比为1:0.6，乙醇的加入量为100mL，在搅拌下反应2 h，室温下陈化10 h，80℃真空干燥，研磨，得物料；

6）将研磨后的物料，放进马弗炉中，在空气气氛中以15℃/min的速率升温至650℃,并恒温焙烧2 h，自然冷却至室温，制得所述的F掺杂宽光域响应TiO₂光催化剂。

所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。

所述的离子液体/水混合介质，离子液体与水的体积比为：7:1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。