纳米材料、应用及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种可见光催化活性的纳米材料、应用及其制备方法，具体设及一种 具有可见光催化活性的Ti化纳米材料、应用及其制备方法。
【背景技术】
[0002] Ti〇2是一种具有广阔应用前景的重要功能材料，具有良好的光催化活性，近年来 在水资源保护等领域有广泛的应用。Ti化作为光催化剂处理污水，在紫外线照射条件下，能 够降解3000多种难降解的有机化合物。在各类半导体光催化材料中，Ti化具有生物和化学 惰性，强的抗光和化学腐蚀能力，最适合广泛的环境应用。
[0003] 但是Ti〇2带隙较宽，锐铁矿的TiO2禁带宽度为3. 2eV，相当于波长为387. 5皿光 子的能量，因此Ti化只能有效利用波长小于387.5 nm的紫外光。然而太阳光中紫外光部 分所占的比例只有2% -4%，太阳光中占很大比例的可见光部分无法得到有效的利用。因此， 通过各种修饰方法改进Ti〇2可见光催化活性已经成为光催化领域的一个研究热点，如金属 离子渗杂，非金属（C、N、F、S)渗杂，贵金属沉积和染料光敏化等方法，运些研究都取得了一 定的结果。但是大部分的修饰方法通常需要加入除了TiOzW外的其它试剂，使得制备工艺 变得复杂，成本也会相应提高。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供一种具有可见光催化活性的Ti〇2纳米材料及其制备方法， 本发明的Ti化纳米材料不仅可W在可见光的照射下有较强的光吸收，并且其制备工艺简 单，所使用原料只有Ti化和去离子水，没有其他试剂，同时不需要高溫高压等反应装置，设 备简单，操作方便，所需时间短，较大程度上节约工艺成本。
[0005] 为解决W上技术问题，本发明提供的第一方面的技术方案为采用一种具有可见光 催化活性的Ti化纳米材料，纳米材料颗粒为球状，球的直径为20-500nm，颗粒的表面覆盖 有Ti3+和Ti-OH。
[000引优选的，Ti"巧颗粒表面的面积覆盖率为10%-50%。
[0007] 优选的，球的直径为80-300皿。
[0008] 优选的，球的直径为80-200nm。
[0009] 本发明还提供第二方面的技术方案即前述任一所述的Ti化纳米材料在可见光催 化上的应用，所述Ti化纳米材料在可见光照射下存在光吸收现象。
[0010] 优选的，所述可见光的波长为380-780nm。
[0011] 本发明还提供第=方面的技术方案即前述任一所述的具有可见光催化活性的 Ti〇2纳米材料的制备方法，所述制备方法按照W下步骤进行：1)制备TiO2悬浊液：将 Ti化粉末加入到去离子水中，超声1-30min,得到TiO2悬浊液；2)激光处理：使用功率为 0. 01-5. 0W的激光照射步骤1)中制备的Ti化悬浊液1-500min;3)离屯、干燥：将步骤2) 中使用激光处理后的Ti〇2悬浊液经过离屯、后，倒掉上层清液，放入烘箱中干燥5-24 h，最终 得到具有可见光催化活性的Ti〇2纳米材料。
[0012] 优选的，步骤1)中Ti化和去离子水的质量比为1 : (20-100)。
[0013] 优选的，步骤1)中Ti〇2和去离子水的质量比为1: (50-100)。
[0014] 更进一步优选的，Ti〇2的加入量优选为10-50mg，去离子水的加入量优选为 0. 5-5g〇
[0015] 优选的，步骤2)中激光照射功率优选为0. 05W-2. 0W。
[0016] 更进一步优选的，步骤2)中激光照射功率优选为0. 1W-0. 5W。
[0017] 优选的，步骤2)中激光照射时间优选为60-500min。
[0018] 更进一步优选的，步骤2)中激光照射时间优选为120-300min。
[0019] 优选的，步骤2)中所述激光为Nd:YAG激光，波长为355nm。
[0020] 优选的，步骤3)中烘箱溫度为60-160°C。
[0021] 本发明还提供第四方面的技术方案即前述所述的Ti化纳米材料制备方法制备得 到的具有可见光催化活性的Ti化纳米材料。
[0022] 优选的，纳米材料颗粒为球状，球的直径为20-500nm，颗粒的表面覆盖有Ti3+和 Ti-OH。
[002引优选的，113+在颗粒表面的面积覆盖率为10%-50%。
[0024]优选的，球的直径为80-300nm。
[002引优选的，球的直径为80-200皿。
[0026] 本申请所得Ti化纳米材料不仅可W在可见光的照射下有较强的光吸收，并且其制 备工艺简单，所使用原料只有Ti化和去离子水，没有其他试剂，同时不需要高溫高压等反应 装置，设备简单，操作方便，所需时间短，较大程度上节约工艺成本。
【附图说明】
[0027] 图1为实施例1中的Ti〇2纳米材料的扫描电镜（SEM)的照片； 图2为实施例1中的Ti〇2纳米材料的透射电镜（TEM)的照片； 图3为实施例1中的Ti化纳米材料的X射线衍射狂RD)谱图； 图4为实施例1中的Ti化纳米材料的谱图； 图5为实施例1中的Ti化纳米材料的紫外可见吸收扣V-Vis)谱图； 图6为实施例1中的Ti化纳米材料降解罗丹明溶液的曲线； W上附图中经过激光处理的Ti化标注为TiO2-NBs，未处理的Ti化原料标注为Ti〇2-〇ri〇
【具体实施方式】
[0028] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合【具体实施方式】 对本发明作进一步的详细说明。
[0029] 实施例I-Ti化纳米材料1: 其制备过程如下： 1)制备Ti化悬浊液：将30mg的Ti〇2粉末加入到0.8g的去离子水中，超声1-30min。
[0030] 2)激光处理：使用Nd:YAG激光，波长为355皿，功率为0. 1W的激光照射步骤1) 中制备的Ti〇2悬浊液120min。
[0031] 3)离屯、干燥：将步骤2)中使用激光处理后的Ti〇2悬浊液经过离屯、后，倒掉上层清 液，放入60-160°C的烘箱中干燥5-24h，最终得到具有可见光催化活性的Ti化纳米材料。
[0032]图1为实施例1所得Ti化纳米材料的扫描电镜（SEM)的照片，从图中可W看出，所 得Ti化纳米材料为规整的球状结构，球的直径大约为80-200nm。图2为实施例所得TiO2纳 米材料的透射电镜（TEM)的照片，从图中可W看出，Ti化纳米球为实屯、球，纳米球的直径与 扫描电镜所得结果一致。图3为实施例1所得Ti化纳米材料的X射线衍射狂RD)谱图，从 图中可W看出，所得Ti化为锐铁矿结构，与使用的Ti〇2原料一样。图4为实施例1所得Ti〇2 纳米材料的XPS图谱，从图中可W看出，激光处理得到的Ti化纳米材料表面形成了Ti-OH和 Ti3+物种。
[003引图5为实施例1所得Ti02纳米材料的紫外可见吸收扣V-Vis)谱图。相比作为原 料的Ti化，制备得到的Ti化纳米材料在可见光波段范围内具有很强的吸收。将所得TiO2纳 米材料通过光催化降解罗丹明溶液进行可见光催化活性表征。实验过程如下，分为两组实 验，分别在光照和黑暗条件下进行。将15mL浓度为1. 0*10 5mol/L的罗丹明溶液加入到锥 形瓶中，然后加入5mg的Ti化纳米材料作为催化剂，超声3min，共配置两份。第一份和第二 份同时在黑暗条件下揽拌比，分别取样测试，然后第一份仍然在黑暗条件下揽拌，第二份使 用可见光照射，光源为绿光二级管，电压为3. 5V。反应时间为比，2h，化，地，化时进行取样 巧m。取样测试方法：反应溶液先离心取出上层