高效可見光響應(yīng)的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種具有高效可見光響應(yīng)的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠及其制備方法與應(yīng)用，其是以貴金屬與納米TiO2，或其它半導(dǎo)體?貴金屬與納米TiO2之間通過化學(xué)連接形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)體為納米微粒組成單元構(gòu)成，可利用貴金屬與納米TiO2或其他半導(dǎo)體?貴金屬與納米TiO2之間協(xié)同產(chǎn)生的肖特基結(jié)與局域表面等離子體共振效應(yīng)獲得優(yōu)異的可見光光催化效果，解決了常規(guī)TiO2光催化劑可見光利用率低的問題。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
高效可見光響應(yīng)的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠
本專利技術(shù)屬于光催化材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種具有高效可見光響應(yīng)的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
隨著社會發(fā)展和人們生活水平的提高，環(huán)境污染日益影響到人們的健康，而半導(dǎo)體TiO2光催化材料對環(huán)境中各種污染物的明顯去除效果已引起世界的廣泛關(guān)注。在大于其帶隙能光照條件下，TiO2光催化劑能完全降解環(huán)境中的有害有機物，還可氧化去除大氣中的氮氧化物和硫化物等有毒氣體。另外，TiO2光催化材料還具有殺菌、除臭、表面自清潔等功能，可進一步凈化、改善我們的生活環(huán)境。然而，TiO2可見光利用率低的缺點限制了其應(yīng)用范圍。為促進TiO2光催化材料的實用化，必須提高其光催化性能，擴寬其光響應(yīng)范圍。已報道的解決方法包括：表面光敏化、離子摻雜、貴金屬沉積、復(fù)合半導(dǎo)體等，但受各種因素限制，以上方法各自有其不足之處，使現(xiàn)有市場上還未出現(xiàn)相應(yīng)實用性產(chǎn)品。本專利技術(shù)制備的納米TiO2是一種具有高效可見光響應(yīng)型的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠，該溶膠的納米微粒組成單元是以貴金屬-納米TiO2、其它半導(dǎo)體-貴金屬-納米TiO2之間通過化學(xué)連接形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)體，其利用貴金屬與TiO2半導(dǎo)體或半導(dǎo)體-貴金屬與納米TiO2之間協(xié)同產(chǎn)生的肖特基結(jié)與局域表面等離子體共振效應(yīng)獲得優(yōu)異的可見光光催化效果，解決了常規(guī)TiO2光催化劑可見光利用率低的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種具有高效可見光響應(yīng)的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠及其制備方法與應(yīng)用，其合成工藝簡單，制備的納米溶膠中二氧化鈦粒子為非晶態(tài)，分散性良好，具有高效的可見光光催化活性及良好的貯存穩(wěn)定性，并具有良好抗菌、防霉作用。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種高效可見光響應(yīng)的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠，其是以貴金屬與納米TiO2，或其它半導(dǎo)體-貴金屬與納米TiO2之間通過化學(xué)連接形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)體為納米微粒組成單元構(gòu)成的；所述納米TiO2為非晶態(tài)納米TiO2；所述貴金屬包括金、銀、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥或其氧化物中的任意一種；所述其它半導(dǎo)體包括SiO2、SnO2、ZnO、Fe2O3、WO3、Sr(TiO3)中的任意一種或幾種。所述溶膠中貴金屬或其它半導(dǎo)體-貴金屬所占質(zhì)量為0.01~2‰；納米TiO2所占質(zhì)量為0.5~3%。所述非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠的方法包括以下步驟：1）液相法制備過氧化鈦水溶液：將鈦酸酯或鈦酸鹽在激烈攪拌條件下溶于酸性水溶液中，加堿經(jīng)水解反應(yīng)得Ti(OH)4沉淀；所得Ti(OH)4沉淀經(jīng)離心、洗滌去除雜質(zhì)后，攪拌分散于雙氧水中，制得質(zhì)量濃度為0.5~6%的過氧化鈦水溶液；2）非晶態(tài)納米TiO2溶膠的制備：在步驟1）所得過氧化鈦水溶液中加入晶型轉(zhuǎn)換控制劑，在攪拌條件下加熱回流，制備非晶態(tài)納米TiO2溶膠；3）非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠的制備：在步驟2）制備的非晶態(tài)納米TiO2溶膠中加入貴金屬鹽水溶液或其它半導(dǎo)體納米溶膠與貴金屬鹽水溶液的混合物，超聲分散后，在超聲條件下利用光化學(xué)還原反應(yīng)，對非晶態(tài)納米TiO2溶膠進行等離子體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)改性。其中，步驟1）中所述酸性水溶液為pH=1的鹽酸、硝酸或硫酸的水溶液；所述鈦酸酯為有機鈦酸酯，如鈦酸四丁酯，鈦酸異丙酯等，所述鈦酸鹽為鈦的無機鹽，如四氯化鈦、硫酸氧鈦等；鈦酸酯或鈦酸鹽在酸性水溶液中的摩爾濃度為0.1~2mol/L；所述水解反應(yīng)的條件為：溫度0~20℃，pH值6~10，反應(yīng)時間為0.5~2小時；Ti(OH)4與雙氧水的摩爾比為1：20~4。步驟2）中晶型轉(zhuǎn)換控制劑的用量與過氧化鈦的摩爾比為0.05~2:1；所述晶型轉(zhuǎn)換控制劑為納米SiO2、SnO2、ZnO、Fe2O3、WO3、Sr(TiO3)中的任意一種或幾種；所述加熱回流的溫度為60~100℃，回流時間為1~12小時。步驟3）中所述貴金屬鹽水溶液中貴金屬離子的濃度為1~3000ppm；所述貴金屬鹽為貴金屬氯化物或貴金屬硝酸鹽，如氯化鐵、硝酸銀、硝酸銅、氯金酸、氯鉑酸等；所述超聲分散的條件為：超聲功率400~1000W，時間為5~30min；所述光化學(xué)還原反應(yīng)的條件為：光照波長245~400nm，光照強度1~20mw/cm2，反應(yīng)溫度20~60℃，反應(yīng)時間0.5~2小時。所述非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠在可見光下能有效去除室內(nèi)有毒、有害及異味氣體，凈化室內(nèi)空氣，可直接涂覆于室內(nèi)墻壁、天花板、家具、家居飾品表面，以改善生活環(huán)境，并具有抗菌、防霉的作用，。本專利技術(shù)所制備的納米溶膠是一種非晶態(tài)納米TiO2溶膠。光催化材料的光學(xué)吸收特性在一定程度上決定其光吸收能力的強弱，而材料的光吸收特性取決于其所具有的能帶結(jié)構(gòu)，由于非晶態(tài)納米TiO2具有“短程有序，長程無序”的結(jié)構(gòu)特點，使其具有與晶態(tài)納米TiO2不同的能帶結(jié)構(gòu)：價帶和導(dǎo)帶之間有電子態(tài)的存在，使電子躍遷能夠在價帶和導(dǎo)帶之間的電子態(tài)之間發(fā)生，從而使非晶態(tài)納米TiO2可以吸收利用能量較低、波長較長的可見光，激發(fā)電子在價帶和導(dǎo)帶之間的電子態(tài)之間發(fā)生躍遷，由此形成的電子-空穴對也會參與到光催化反應(yīng)過程中。本專利技術(shù)所制備的納米溶膠也是一種等離子體異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米TiO2溶膠。等離子體光催化劑是近年來發(fā)展迅速的一種在可見光下可以高效響應(yīng)的光催化劑，其組成單元為貴金屬（及其化合物）與半導(dǎo)體材料之間通過化學(xué)連接形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，金屬與半導(dǎo)體之間形成的肖特基接觸不但可以促進光生電子-空穴對的有效分離，并且可以提供有益于電子轉(zhuǎn)移的快速電荷轉(zhuǎn)移通道，利用二者之間協(xié)同產(chǎn)生的肖特基接觸與局域表面等離子體共振（LSPR）效應(yīng)可以獲得優(yōu)異的可見光光催化效果，包括A、良好的可見光響應(yīng)；B、有效的增強光吸收；C、減小光生電子-空穴對的擴散距離；D、增強局域電場效應(yīng)；E、LSPR直接誘導(dǎo)的電子-空穴分離；F、局域加熱效應(yīng)；G、分子極化效應(yīng)。本專利技術(shù)的另一技術(shù)特點在于，在采用溶膠-凝膠法制備納米二氧化鈦光催化劑溶膠的過程中，通過引入貴金屬離子進行改性，在TiO2晶格內(nèi)引入缺陷位、改變其結(jié)晶度或提高其表面羥基位，從而影響其電子-空穴對的復(fù)合和表面氧化還原反應(yīng)，提高其光催化性能；同時，由于貴金屬離子的摻雜，使納米TiO2的光譜吸收產(chǎn)生一定的紅移，實現(xiàn)了擴寬其光響應(yīng)范圍的目的；且利用部分貴金屬離子（銀、銅等）本身具有較好的抗菌性能，可使所得溶膠具備雙重抗菌、防霉性能。本專利技術(shù)所制備的納米溶膠具有以下優(yōu)點和積極效果：1）本專利技術(shù)所用原料價格便宜、易得，特別是鈦的無機鹽。2）本專利技術(shù)制備過程簡單、易行，無需高溫、高壓。3）本專利技術(shù)制備的納米溶膠中二氧化鈦粒子為非晶態(tài)、分散性良好。4）本專利技術(shù)所制備的溶膠可在室溫下貯存二年以上，其各種性能仍保持不變，與常規(guī)的溶膠-凝膠法制備的光催化劑溶膠相比更穩(wěn)定。5）本專利技術(shù)制備的納米溶膠可見光響應(yīng)明顯，在可見光下光催化效果顯著。6）按GB/T30706-2014《可見光照射下光催化抗菌材料及制品抗菌性能測試方法及評價》標準試驗條件進行測試，本專利技術(shù)所制備的納米溶膠抗菌、防霉性能優(yōu)異。附圖說明圖1為實施例3制得的非晶態(tài)等離子異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠的TEM圖。圖2為實施例3制得的非晶態(tài)等離子異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種高效可見光響應(yīng)的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高效可見光響應(yīng)的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠，其特征在于：所述非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠是以貴金屬與納米TiO2，或其它半導(dǎo)體-貴金屬與納米TiO2之間通過化學(xué)連接形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)體為納米微粒組成單元構(gòu)成的；所述納米TiO2為非晶態(tài)納米TiO2；所述貴金屬包括金、銀、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥或其氧化物中的任意一種；所述其它半導(dǎo)體包括SiO2、SnO2、ZnO、Fe2O3、WO3、Sr(TiO3)中的任意一種或幾種。2.如權(quán)利要求1所述的非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠，其特征在于：所述溶膠中貴金屬或其它半導(dǎo)體-貴金屬所占質(zhì)量為0.01~2‰；納米TiO2所占質(zhì)量為0.5~3%。3.一種制備如權(quán)利要求1所述非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠的方法，其特征在于：包括以下步驟：1）使用液相法制備質(zhì)量濃度為0.5~6%的過氧化鈦水溶液；2）在步驟1）所得過氧化鈦水溶液中加入晶型轉(zhuǎn)換控制劑，在攪拌條件下加熱回流，制備非晶態(tài)納米TiO2溶膠；3）在步驟2）制備的非晶態(tài)納米TiO2溶膠中加入貴金屬鹽水溶液或其它半導(dǎo)體納米溶膠與貴金屬鹽水溶液的混合物，超聲分散后，在超聲條件下利用光化學(xué)還原反應(yīng)，對非晶態(tài)納米TiO2溶膠進行等離子體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)改性。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述非晶態(tài)等離子體異質(zhì)結(jié)納米TiO2溶膠的制備方法，其特征在于：步驟1）中液相法制備過氧化鈦水溶液的具體操作包括：將鈦酸酯或鈦酸鹽在激烈攪拌條件下溶于酸性水溶液中，加堿經(jīng)水解反應(yīng)得Ti(OH)4沉淀，再將Ti(OH)4沉淀攪拌分散于雙氧水中制...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余曉偉，陳錫華，
申請(專利權(quán))人：福州名谷納米科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：福建,35