一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，以銳鈦礦TiO2和金屬離子醋酸鹽為原料，通過水熱和離子交換法得到一維管狀結(jié)構(gòu)的金屬離子摻雜鈦酸鹽納米管光催化劑；另外，以銳鈦礦TiO2、Cd(NO3)2·4H2O和硫代乙酰胺為原料，通過一步水熱得到一維管狀結(jié)構(gòu)的CdS/鈦酸鹽納米管復(fù)合光催化劑。本發(fā)明首次將鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑用于光催化選擇性氧化醇類，具有高催化效率。制備簡單，以可見光為驅(qū)動(dòng)能以及氧氣為氧化劑，用于醇類的選擇性氧化，有利于環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展。
【專利說明】一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑制備以及環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域，具體涉及一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]自上世紀(jì)70年時(shí)代發(fā)現(xiàn)光催化以來，光催化以其反應(yīng)條件溫和、基本無污染、低能耗和低成本等優(yōu)勢迅速發(fā)展，吸引了大批科研工作者。伴隨著日益緊缺的石油資源和不斷惡化的環(huán)境，將光催化用于開發(fā)清潔可再生能源和治理環(huán)境污染已刻不容緩。在能源光催化方面，大家聚集于光解水制氫、CO2還原成CO和有機(jī)物以及染料敏化太陽能電池；在環(huán)境光催化方面，科研工作者一直致力于水、空氣和土壤等環(huán)境污染治理的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。隨著光催化的蓬勃發(fā)展，大家對光催化用于選擇性氧化合成方面的研究越來越感興趣。如我們研究小組已將石墨烯/半導(dǎo)體(Ti02，CdS, ZnS)和貴金屬/半導(dǎo)體(Ce02，CdS)用于光催化選擇性氧化醇類。進(jìn)而，隨著催化和材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，催化劑的開發(fā)與制備已不再停留在多組分的簡單復(fù)合上，而是要求對催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)先的設(shè)計(jì)，如一維結(jié)構(gòu)，從而更好地調(diào)控其催化活性和選擇性。
[0003]近年來，一維管狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽納米管(TNT)被發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于壓電材料、鐵電材料、太陽能轉(zhuǎn)化和光催化等領(lǐng)域，因?yàn)門NT具有長距離的電子傳輸能力，大的表面積和孔體積，能顯著提高光的吸收和散射等特點(diǎn)。在光催化方面，TNT及其復(fù)合型光催化劑已被用于無選擇性的氣相和液相降解污染物。但我們必須注意到，TNT僅僅只有紫外光活性，因?yàn)門NT只在紫外區(qū)有吸收。因此，通過簡單方法調(diào)控TNT具有可見光活性，并用于新的反應(yīng)類型(選擇性氧化有機(jī)合成)是非常重要的研究課題。
[0004]眾所周知，以TiO2為前驅(qū)物，通過濃堿水熱處理得到的TNT具有高的離子交換能力，若通過簡單的離子交換，將金屬離子(Cu2+，Co2+，Ni2+，F(xiàn)e2+或Mn2+)對TNT摻雜，勢必會(huì)影響TNT的光學(xué)性能，而進(jìn)調(diào)控TNT的光催化活性。再者，將具有可見光響應(yīng)的半導(dǎo)體負(fù)載于TNT上，充分利用TNT的電子傳輸能力、高的比表面積和大的孔體積以及對光的散射，能顯著提高TNT的光催化活性。我們研究小組一直致力于一維結(jié)構(gòu)(管、棒和線)用于光催化選擇性氧化醇類的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑及其制備方法和應(yīng)用，具有光催化活性高、制作成本低、生產(chǎn)工藝簡單、可宏觀制備等特點(diǎn)，制備的TNT復(fù)合型光催化劑具有可見光光催化選擇性氧化醇類到相應(yīng)醛，催化劑具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，且易回收的特點(diǎn)。
[0006]所述的醇類及相應(yīng)醛具有以下結(jié)構(gòu):
【權(quán)利要求】
1.一種鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑，其特征在于:所述的鈦酸鹽納米管具有一維管狀結(jié)構(gòu)，所述的鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑分為兩類:一類為金屬離子摻雜鈦酸鹽納米管光催化劑，所述的金屬離子為Cu2+、Co2+、Ni2+、Fe2+、Mn2+中的一種，另一類為CdS/鈦酸鹽納米管復(fù)合光催化劑。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑的方法，其特征在于:鈦酸鹽納米管的制備方法包括以下步驟: (1)將銳鈦礦TiO2分散于NaOH溶液中，混合攪拌均勻； (2)將反應(yīng)液置于反應(yīng)爸中140°C水熱12h,然后冷卻、過濾、用水洗漆溶液至pH為8,接著再用乙醇洗滌，最后80 1:干燥得到固體； (3)將所得固體在400°C煅燒6h，得到一維管狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中混合攪拌均勻的反應(yīng)液放入水熱反應(yīng)釜中體積填充為80%。
4.一種制備如權(quán)利要求1所述的鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑的方法，其特征在于:金屬離子摻雜鈦酸鹽納米管光催化劑的制備方法包括以下步驟: (1)將金屬離子前驅(qū)鹽M(CH3COO)2,M=Cu、Co、N1、Fe或Mn溶于水中，形成50 mL 3 mM的溶液，接著往溶液中滴加氨水，得到澄清的溶液A ； (2)向溶液A中加入鈦酸鹽納米管并持續(xù)攪拌20h，然后過濾、用氨水洗滌、用水洗滌溶液至PH為8，最后干燥得一維管狀結(jié)構(gòu)的金屬離子摻雜鈦酸鹽納米管光催化劑。
5.一種制備如權(quán)利要求1所述的鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑的方法，其特征在于:CdS/鈦酸鹽納米管復(fù)合光催化劑的制備方法包括以下步驟: (1)將銳鈦礦TiO2分散于NaOH溶液中，混合攪拌均勻，接著往溶液中加入Cd(NO3)2.4H20和硫代乙酰胺，繼續(xù)攪拌0.5 h； (2)將反應(yīng)液置于反應(yīng)爸中140°C水熱48 h,然后冷卻、過濾、用水洗漆溶液至pH為7，最后60 1:干燥得一維管狀結(jié)構(gòu)的CdS/鈦酸鹽納米管復(fù)合光催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中混合攪拌均勻的反應(yīng)液放入水熱反應(yīng)釜中體積填充為80%。
7.—種如權(quán)利要求1所述的鈦酸鹽納米管復(fù)合型光催化劑的應(yīng)用，其特征在于:所述的金屬離子摻雜鈦酸鹽納米管光催化劑和CdS/鈦酸鹽納米管復(fù)合光催化劑用于可見光下光催化選擇性氧化醇類到相應(yīng)的醛。
【文檔編號】B82Y30/00GK103599772SQ201310593917
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】唐紫蓉, 張燕輝 申請人:福州大學(xué)