纳米光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 光催化技术对于解决人类社会正面临的日益严重的能源危机和环境污染问题具 有十分广阔的应用前景。纳米TiO 2是目前公认的最具应用前景的半导体光催化材料。在 1102的三种晶相结构（板钛矿、锐钛矿、金红石）中，锐钛矿相光催化活性最高。然而，锐钛 矿纳米110 2禁带宽为3. 2eV，仅能吸收占太阳光谱4?6%的紫外光，太阳能利用率低；光 生e7h+复合率高，量子效率低；而且锐钛矿相是亚稳态，热处理时容易转变为热力学稳定 的金红石相，导致光催化活性降低。尽管利用金属和（或）非金属多组分修饰的协同作用 进一步提高纳米TiO 2光催化活性的研宄报道很多，但新型高性能TiO2纳米复合光催化材料 的开发仍然面临如下问题：如在高效共掺杂剂的选择、共掺杂剂的配伍、共掺杂改性技术、 相结构控制、半导体带隙调控、表面结构及缺陷控制等影响光催化性能的诸多重要因素的 协同控制上还存在很多技术难题亟待解决。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决现有的光催化材料太阳能利用率低、光催化活性低的技 术问题，提供了一种F-P-TiO 2纳米光催化剂的制备方法。
[0004] F-P-Ti02m米光催化剂的制备方法按照以下步骤进行：
[0005] -、在冰水冷却的条件下，将1?IOmL四氯化钛滴加到1?20mL蒸馏水中，形成 TiCl4溶液；
[0006] 二、将0. 05?IOmL浓度为1?10mol/L磷酸溶于1?IOmL蒸馏水中，得到磷酸 溶液；
[0007] 三、将0. 1?5g氟化铵溶于1?IOmL蒸馏水中形成氟化铵溶液；
[0008] 四、在室温、磁力搅拌的条件下，向TiCl4溶液中先加入磷酸溶液后再加入氟化铵 溶液，加入1?30mL蒸馏水，连续搅拌0. 5?5h，形成无色透明溶胶；
[0009] 五、将无色透明溶胶转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜 Il盖旋紧密封后置于烘箱中，在90?220°C水热反应0. 5?24h后，冷却至室温，用蒸馏水 进行抽滤洗涤，然后将滤饼转移到蒸发皿中放入真空干燥箱于80?150°C干燥1?48h，研 磨，得到F-P-Ti0 2m米光催化剂。
[0010] 本发明通过非金属元素双组分共掺杂的协同作用，有效抑制纳米TiO2锐钛矿相向 金红石相转变；有效降低禁带宽度，拓宽其光响应范围；有效抑制光生e7h +复合，提高量子 效率；显著提高了纳米TiO2光催化降解环境污染物效能，可以利用F-P-TiO 2纳米光催化剂 在太阳光照射下实现环境污染的高效治理，其实用性能大幅度提升。开发了太阳全谱下高 光活性、高热稳定性、高光稳定性的TiO 2基纳米复合光催化新材料-F-P-TiO 2纳米光催化 剂。
[0011] 本发明制备的F-P-TiO2纳米光催化剂F-P-TiO2呈白色，为均一的锐钛矿相，其平 均粒径为14nm。
[0012] 本发明采用水热法，以无机盐TiCl4为钛源，以非金属元素 F和P为改性剂，制备 太阳光照射下新型高性能F-P-TiO2纳米光催化剂，其在太阳光照射下光催化降解4-氯酚 活性远尚于商品P25Ti0 2。
[0013] 以4-氯酚（4-CP)水溶液在模拟太阳光（500W氙灯）照射下的光催化降解来评价 本发明制备的F-P-TiO2纳米光催化剂光活性。在模拟太阳光照射下，80mg的F-P-TiO 2纳 米光催化剂对IOOmL初始浓度为20mg 的4-CP水溶液的光催化降解一级反应表观速率 常数为 Kapp= 3.99X10 -2Hiin-1,约为未掺杂 1102纳米粉体（Kapp= 4.0X10 -3Hiin-1)的 10 倍，约为商品 P25Ti02 (Kapp= L 17X10 -2Hiin-1)的 3. 4 倍。
【附图说明】
[0014] 图1是实验一中制备的F-P-Ti02m米光催化剂与TiOd^XRD对比图，图中A代表 锐钛矿相，R代表金红石相；
[0015] 图2是Ti02、P25二氧化钛、实验一中制备的F-P-TiO2纳米光催化剂、实验二制备 的F-Ti0 2m米光催化剂及实验三制备的P-TiO 2纳米光催化剂的光活性比较图，图中表示 TiO2的光活性图，鲁表示实验二制备的F-TiO 2纳米光催化剂的光活性图，▲表示P-TiO 2纳 米光催化剂的光活性图，▼表示实验一中制备的F-P-TiO2纳米光催化剂的光活性图，4表 示P25二氧化钛的光活性图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的 任意组合。
【具体实施方式】 [0017] 一：本实施方式F-P-TiO2纳米光催化剂的制备方法按照以下步骤进 行：
[0018] -、在冰水冷却的条件下，将1?IOmL四氯化钛滴加到1?20mL蒸馏水中，形成 TiCl4溶液；
[0019] 二、将0. 05?IOmL浓度为1?10mol/L磷酸溶于1?IOmL蒸馏水中，得到磷酸 溶液；
[0020] 三、将0. 1?5g氟化铵溶于1?IOmL蒸馏水中形成氟化铵溶液；
[0021] 四、在室温、磁力搅拌的条件下，向TiCl4溶液中先加入磷酸溶液后再加入氟化铵 溶液，加入1?30mL蒸馏水，连续搅拌0. 5?5h，形成无色透明溶胶；
[0022] 五、将无色透明溶胶转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜 Il盖旋紧密封后置于烘箱中，在90?220°C水热反应0. 5?24h后，冷却至室温，用蒸馏水 进行抽滤洗涤，然后将滤饼转移到蒸发皿中放入真空干燥箱于80?150°C干燥1?48h，研 磨，得到F-P-Ti0 2m米光催化剂。
[0023] 本实施方式中得到的F-P-TiO2纳米光催化剂呈白色，为均一的锐钛矿相，其平均 粒径为14nm左右。
[0024]
【具体实施方式】二：本实施方式与【具体实施方式】一不同的是步骤一中在冰水冷却的 条件下，将4mL四氯化钛滴加到IOmL蒸馏水中，形成TiCl4溶液。其它与【具体实施方式】一 相同。
【具体实施方式】 [0025] 三：本实施方式与一或二之一不同的是步骤二中将 0. 3mL浓度为2. 92mol/L磷酸溶于5mL蒸馏水中，得到磷酸溶液。其它与一或 二之一相同。
【具体实施方式】 [0026] 四：本实施方式与一至三之一不同的是步骤三中将 〇. 1134g氟化铵溶于5mL蒸馏水中形成的氟化铵溶液。其它与一至三之一相 同。
【具体实施方式】 [0027] 五：本实施方式与一至四之一不同的是步骤四中在室 温、磁力搅拌的条件下，向11(：1 4溶液中先加入磷酸溶液后再加入氟化铵溶液，加入19. 5mL 蒸馏水，连续搅拌2h，形成无色透明溶胶。其它与一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0028] 六：本实施方式与一至五之一不同的是步骤五中在 160°C水热反应3h。其它与一至五之一相同。
【具体实施方式】 [0029] 七：本实施方式与一至六之一不同的是步骤五中将滤 饼转移到蒸发皿中放入真空干燥箱于120°C干燥24h。其它与一