一种二氧化钛光催化材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光催化领域，尤其涉及一种二氧化钛光催化材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 光催化技术，是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波 长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热 反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转 化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。
[0003] 二氧化钛光催化剂因催化活性高、氧化能力强、稳定性好、反应条件温和等成为常 用的光催化剂。但是，二氧化钛属于宽禁带半导体，只有紫外光才能使二氧化钛发生电子跃 迁，从而产生电子-空穴对。而紫外光仅占太阳能的5%左右，从而限制了二氧化钛光催化 剂的应用。
[0004] 目前，常通过改性二氧化钛来制备具有可见光催化活性光催化剂。如公开号为 CN101596457A公开了一种硼和其他兀素共掺杂的纳米二氧化钛光催化剂，该二氧化钛光催 化剂中掺杂了硼和其他元素，所述其他元素可以为过渡金属、稀土金属或非金属元素中的 一种或多种。但是该专利的光催化效率低。
【发明内容】
[0005] 本发明为解决现有的二氧化钛光催化材料存在的光催化效率低的技术问题，从而 提供一种光催化效率高的二氧化钛光催化材料及其制备方法。
[0006] 本发明提供了一种改性二氧化钛光催化材料，所述改性二氧化钛光催化材料包括 二氧化钛及掺杂元素，所述掺杂元素为Fe、Ce、B、Ni、V、Co、La和Nd ;以改性二氧化钛的摩 尔量为基准，所述Ti的含量为95-99mol%，所述Fe的含量为0. 02-2mol%，所述Ce的含量 为0· 01-1 mol%，所述B的含量为0· 01-lmol%，所述Ni的含量为0· 01-1 mol%，所述V的含 量为0· 01-lmol%，所述Co的含量为0· 01-lmol%，所述La的含量为0· 005-0. 5mol%，所述Nd 的含量为〇. 005-0. 5 mol% ;所述Fe和V的摩尔比为0. 01-10 :1，所述Ce和Co的摩尔比为 0· 1-10 :1。
[0007] 本发明还提供了该改性二氧化钛光催化材料的制备方法，该方法包括以下步骤： S1、将钛盐、柠檬酸和溶剂混合、第一次研磨后加入铁盐和铯盐，第二次研磨后加入塑 化剂第三次研磨得到第一胶体； S2、向胶体中加入钒盐、钴盐、镧盐、铷盐、镍盐和硼酸，第四次研磨后放置，得到第二 胶体； 53、 将第二胶体干燥、研磨碎、排胶和预烧结； 54、 将步骤S3烧结后的物质进行球磨，得到粉料； 55、 将球磨后的粉料烘干； 56、 将烘干后的粉料加入连接剂，混合均匀后放入模具中压制； S7、将压制好的样品放置在承烧板上，进行烧结，即得到改性二氧化钛光催化材料。
[0008] 本发明还提供了一种光催化玻璃，所述光催化玻璃包括玻璃基体及位于玻璃基体 表面的光催化材料；其中，所述光催化材料为本发明所述的改性二氧化钛光催化材料。
[0009] 本发明还提供了该光催化材料的制备方法，所述方法为将光催化材料采用磁控溅 射的方法镀覆在玻璃基体的表面上即得到光催化玻璃，所述光催化材料为本发明所述的改 性二氧化钛光催化材料。Fe使二氧化钛的光谱吸收边红移，有利于对可见光的吸收，可以使 二氧化钛的光催化性能明显提高；V能够降低二氧化钛的禁带宽度，并且V掺杂在二氧化钛 晶界处易于形成有效的陷阱俘获光生空穴，从而抑制光生载流子的复合，能提高光催化效 率；控制Fe和钒的摩尔比，可以很好的控制二氧化钛的光催化范围，提高光催化效率；同时 控制Ce和Co的摩尔比，可以增大比表面积，降低禁带宽度，提高光催化活性。本发明的改 性二氧化钛光催化该材料通过对掺杂添加剂种类和添加量的控制，减小禁带宽度，抑制电 子与空穴对的复合，控制晶粒大小，提高光催化效率。
【具体实施方式】
[0010] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0011] 本发明提供了一种改性二氧化钛光催化材料，所述改性二氧化钛光催化材料包括 二氧化钛及掺杂元素，所述掺杂元素为Fe、Ce、B、Ni、V、Co、La和Nd ;以改性二氧化钛的摩 尔量为基准，所述Ti的含量为95-99mol%，所述Fe的含量为0. 02-2mol%，所述Ce的含量 为0· 01-1 mol%，所述B的含量为0· 01-lmol%，所述Ni的含量为0· 01-1 mol%，所述V的含 量为0· 01-lmol%，所述Co的含量为0· 01-lmol%，所述La的含量为0· 005-0. 5mol%，所述Nd 的含量为〇. 005-0. 5 mol% ;所述Fe和V的摩尔比为0. 01-10 :1，所述Ce和Co的摩尔比为 0· 1-10 :1。
[0012] 根据本发明所提供的改性二氧化钛光催化材料，为了进一步提高该改性二氧化 钛光催化材料的光催化性能，优选地，所述改性二氧化钛光催化材料包括二氧化钛及掺杂 元素，所述掺杂元素为Fe、Ce、B、Ni、V、Co、La和Nd ;以改性二氧化钛的摩尔量为基准，所述 Ti的含量为96-98mol%，所述Fe的含量为0· 05-lmol%，所述Ce的含量为0· 05-0. 5 mol%，所 述B的含量为0· 05-0. 5mol%，所述Ni的含量为0· 05-0. 5 mol%，所述V的含量为0· 05-0. 5 mo 1%，所述Co的含量为0. 05-0. 5 mo 1%，所述La的含量为0. 02-0. 3mol%，所述Nd的含量为 0.02-0. 3 mol%;所述Fe和V的摩尔比为0.2-1 :1，所述Ce和Co的摩尔比为1-5:1。
[0013] 根据本发明所提供的改性二氧化钛光催化材料，优选地，所述La和Nd的摩尔比 为0. 1-10 :1，进一步优选地，所述La和Nd的摩尔比为1-5 :1。La和Nd对不同波长影响不 同，控制La和Nd元素的掺杂量可以提高吸附能力，增加储氧能力，有效抑制电子-空穴的 复合，并可使吸收波长红移，进一步提1?催化效率。
[0014] 根据本发明所提供的改性二氧化钛光催化材料，优选地，所述B和Ni的摩尔比为 0.1-10:1。进一步优选地，所述B和Ni的摩尔比为0.2-1 :1。控制B和Ni元素的掺杂量 能够减小粒径，增大比表面积，同时抑制电子与空穴对的复合，有利于电荷分离，进一步提 高光催化活性。B离子的掺杂是以取代晶格中的0离子的形式存在，Ni是以Ni 2O3形式游 离于TiO2表面存在。B掺杂到TiO2中后可获得更宽的可见光吸收光谱，但不能得到可观的 可见光光催化活性，若同时用Ni2O3修饰后，却能产生极大的可见光光催化活性。
[0015] 本发明还提供了一种本发明所述的改性二氧化钛光催化材料的制备方法，该方法 包括以下步骤： S1、将钛盐、柠檬酸和溶剂混合、第一次研磨后加入铁盐和铯盐，第二次研磨后加入塑 化剂第三次研磨得到第一胶体； S2、向胶体中加入钒盐、钴盐、镧盐、铷盐、镍盐和硼酸，第四次研磨后放置，得到第二 胶体； 53、 将第二胶体干燥、研磨碎、排胶和预烧结； 54、 将步骤S3烧结后的物质进行球磨，得到粉料； 55、 将球磨后的粉料烘干； 56、 将烘干后的粉料加入连接剂，混合均匀后放入模具中压制； 57、 将压制好的样品放置在承烧板上，进行烧结，即得到改性二氧化钛光催化材料。
[0016] 根据本发明所提供的制备方法，所述第一次研磨、第二次研磨、第三次研磨和第四 次研磨的目的是将各物质充分混合，第一次研磨、第二次研磨、第三次研磨和第四次研磨的 时间没有特别的限制，只要能将各物质充分混合即可。为了将各物质充分混合并节约时间， 优选地，所述第一次研磨的时间为10-30min ;所述第二次研磨的时间为10-30min ;所述第 三次研磨的时间为5-10min ;所述第四次研磨的时间为30_60min。
[0017] 根据本发明所提供的制备方法，优选地，所述预烧结的升温速率为0. 5-3°C /min， 烧结温度为500-900°C，保温时间为2-6h。
[0018] 根据本发明所