光催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種新型P摻雜Ti02光催化劑的制備方法。
【背景技術】
[0002]T12因其具有光催化效率高、價格便宜、化學穩定性好、無生物毒性等優點，近年來被廣泛應用于環境污染治理和可再生能源領域。但較寬帶隙使其只能吸收波長小于387nm紫外光，對太陽能利用率低。通過摻雜非金屬元素(如N、B、F、S、P等)，可有效降低T12禁帶寬度，如P摻雜不僅能抑制銳鈦礦型T12向金紅石相轉化，更可拓寬其光響應范圍至可見光區，提高對太陽能的利用率。Shi等發現P摻雜T12具有比純T12更高的可見光催化性能;Ozaki等制備了多種不同元素改性的T12光催化劑發現，P摻雜的T12具有最佳光解性能。由此可見，P摻雜可有效提高T12的光吸收性能和光催化反應性能。Peng等利用密度泛函理論的第一性原理計算了P摻雜銳鈦礦相T12的相關性質表明，在富氧條件下，P替代O和P替代T i的形成能分別為15.48和1.32eV;而P在特定的間隙位置，最小的形成能為4.13。目前大部分報道以磷酸氫二鈉、磷酸鈉、磷酸等無機磷鹽為P源，通過溶膠-凝膠-煅燒工藝或水熱技術進行P的摻雜，所得到的P摻雜形式多為P替代Ti，即以P5+存在，也有間隙原子形式存在(S卩P3+) I5+摻雜T12的吸收邊發生藍移導致光生電子-空穴對具有更強的氧化還原能力；而可見光下P摻雜提高T12光催化活性的原因是，P以間隙式原子存在，形成一條摻雜能級位于T12禁帶之內，可成為光生電子-空穴對的分離中心，可以延長光生載流子的壽命，在可見光區具有更強的吸收能力。
[0003]綜上所述，為更有效地利用太陽能，創新性研制P摻雜方法，制備間隙P含量更多的P摻雜T12意義重大。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，該方法工藝簡單，成本低，所得催化劑中P多以間隙P形式存在，有利于提高光生電子-空穴的分離和在可見光區的催化活性。
[0005]本發明的技術方案:
[0006]—種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，以鈦酸丁酯或四氯化鈦為前驅物，以氣態磷化氫為還原態P源，紫外光為能源，通過溶膠-凝膠、離心、干燥等程序制備P摻雜T12光催化劑，具體包括如下步驟:
[0007]I)將一定體積比的磷化氫/氮氣混合氣體連續通入體積比為I: I的乙醇/水混合溶液中。
[0008]2)在磁力攪拌和紫外光照射下將一定濃度的鈦酸丁酯或四氯化鈦的乙醇溶液緩慢加入I)中溶液，氮氣保護下繼續攪拌2h，50°C下陳化4h，離心后得到的沉淀物于110°C干燥，干燥后研磨成粉末于氮氣保護下煅燒2h，制備得到P摻雜T12光催化劑。
[0009]3)通過X射線光電子能譜(XPS)分析結果顯示，P元素中P3+含量為30-99 %。
[0010]所述P源為氣態磷化氫。
[0011]所述磷化氫與氮氣的體積比為0.0001-0.015:1。
[0012]所述紫外光照射強度為1-100W。
[0013]所述制備方法為光分解磷化氫氛圍下的溶膠-凝膠法。
[0014]所述煅燒溫度為300-600°C。
[0015]本發明的優點是:制備工藝簡單，成本低，所得P摻雜T12光催化劑中P多以間隙P存在，有效提高其光生電子-空穴的分離和在可見光區的催化活性，有利于提高對太陽能的利用率。
【具體實施方式】
[0016]下面結合實施例對本發明進一步說明，但是它們并不是對本發明作任何限制。這里僅指出，本發明中使用的試劑和測試設備除特別標明出處之外，均為市售的通用產品。
[0017]實施例1:
[0018]一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0019]I)將體積比為0.005:1的磷化氫/氮氣混合氣體連續通入體積比為1:1的10ml乙醇/水混合溶液中。
[0020]2)在磁力攪拌和1w紫外光照射下將1ml濃度為15%的鈦酸丁酯或四氯化鈦的乙醇溶液緩慢加入I)中溶液，氮氣保護下繼續攪拌2h，50°C下陳化4h，離心后得到的沉淀物于110°C干燥，干燥后研磨成粉末于氮氣保護下500°C煅燒2h，制備得到P摻雜T12光催化劑。
[0021]3)通過X射線光電子能譜(XPS)分析結果顯示，P元素中P3+含量為60%。
[0022]實施例2:
[0023]一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0024]I)將體積比為0.010:1的磷化氫/氮氣混合氣體連續通入體積比為1:1的10ml乙醇/水混合溶液中。
[0025]2)在磁力攪拌和50w紫外光照射下將20ml濃度為10%的鈦酸丁酯或四氯化鈦的乙醇溶液緩慢加入I)中溶液，氮氣保護下繼續攪拌2h，50°C下陳化4h，離心后得到的沉淀物于110°C干燥，干燥后研磨成粉末于氮氣保護下400°C煅燒2h，制備得到P摻雜T12光催化劑。
[0026]3)通過X射線光電子能譜(XPS)分析結果顯示，P元素中P3+含量為75 %。
[0027]實施例3:
[0028]一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
[0029]I)將體積比為0.002:1的磷化氫/氮氣混合氣體連續通入體積比為1:1的10ml乙醇/水混合溶液中。
[0030]2)在磁力攪拌和10w紫外光照射下將30ml濃度為8%的鈦酸丁酯或四氯化鈦的乙醇溶液緩慢加入I)中溶液，氮氣保護下繼續攪拌2h，50°C下陳化4h，離心后得到的沉淀物于110°C干燥，干燥后研磨成粉末于氮氣保護下300°C煅燒2h，制備得到P摻雜T12光催化劑。
[0031]3)通過X射線光電子能譜(XPS)分析結果顯示，P元素中P3+含量為90%。
[0032]本發明公開一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，本領域技術人員可通過借鑒本文內容，適當改變工藝路線等環節實現，盡管本發明的方法已通過較佳實施例子進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本
【發明內容】
與范圍內對本文所述的方法進行改動或重新組合，來實現最終結果。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發明的內容和范圍。
【主權項】
1.一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，其特征在于:以鈦酸丁酯或四氯化鈦為前驅物，以氣態磷化氫為還原態P源，紫外光為能源，通過溶膠-凝膠、離心、干燥等程序制備P摻雜T12光催化劑，具體包括如下步驟: 1)將一定體積比的磷化氫/氮氣混合氣體連續通入體積比為1:1的乙醇/水混合溶液中； 2)在磁力攪拌和紫外光照射下將一定濃度的鈦酸丁酯或四氯化鈦的乙醇溶液緩慢加入I)中溶液，氮氣保護下繼續攪拌2h，50°C下陳化4h，離心后得到的沉淀物于110°C干燥，干燥后研磨成粉末于氮氣保護下煅燒2h，制備得到P摻雜T12光催化劑； 3)通過X射線光電子能譜(XPS)分析結果顯示，P元素中P3+含量為30-99%。2.根據權利要求1所述一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，其特征在于:所述P源為氣態磷化氫。3.根據權利要求1所述一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，其特征在于:所述磷化氫與氮氣的體積比為0.0001-0.015:1。4.根據權利要求1所述一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，其特征在于:所述紫外光照射強度為1-lOOw。5.根據權利要求1所述一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，其特征在于:所述制備方法為光分解磷化氫氛圍下的溶膠-凝膠法。6.根據權利要求1所述一種新型P摻雜T12光催化劑的制備方法，其特征在于:所述煅燒溫度為 300-600°C。
【專利摘要】一種新型P摻雜TiO2光催化劑的制備方法，以鈦酸丁酯或四氯化鈦為前驅物，以氣態磷化氫為還原態P源，紫外光為能源，通過溶膠-凝膠、離心、干燥等程序制備P摻雜TiO2光催化劑。本發明的優點是：該制備工藝簡單，成本低，所得催化劑中P多以間隙P形式存在，有利于提高光生電子-空穴的分離和在可見光區的催化活性。
【IPC分類】B01J27/18
【公開號】CN105536829
【申請號】CN201610115631
【發明人】唐雪嬌
【申請人】南開大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月25日