CN101224418A - 核－壳型TiO2/ZnO光催化剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
核－壳型TiO2/ZnO光催化剂的制备方法及应用，它涉及一种光催化剂的制备方法及应用。本发明解决了现有光催化剂只有在紫外线激发下，价带电子才能跃迁到导带上的问题。本发明的制备方法如下：1.将Zn(CH3COO)2·2H2O溶于聚乙烯醇溶液混合、干燥后梯级加热，然后冷却至室温；2.将钛酸四丁酯、无水乙醇和三乙醇胺混合、陈化后，将步骤一产物加入溶解后干燥、热处理。本发明制备的核－壳型TiO2/ZnO光催化剂涂敷于交联乙烯、层状钙钛矿、熔盐结晶水和盐或Al－Si材料上，作为蓄能材料。本发明TiO2中的电子能够在普通光照条件下跃迁到导带上，使光生电子可以有效地分离。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化剂的制备方法及应用。
背景技术
近些年来，应用太阳能作为一种主要的能源已经有很多年，但是这些研究应用远远没有达到有效利用太阳能的作用，TiO2具有在光照条件下具有催化有机物分解的作用。但是，现有技术存在TiO2光催化剂带隙较宽(Eg＝3.2eV，)，只有在波长为387nm的紫外线激发下，价带电子才能跃迁到导带上形成光生电子和空穴的分离。而且，由于光激产生的电子和空穴的复合，导致光量子效率很低等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有光催化剂只有在波长为387nm的紫外线激发下，价带电子才能跃迁到导带上形成光生电子和空穴的分离的问题，提供了一种核-壳型TiO2/ZnO光催化剂的制备方法及应用。
本发明核-壳型TiO2/ZnO光催化剂制备方法的步骤如下：一、按Zn(CH3COO)2·2H2O与聚乙烯醇质量比为2∶1的配比将Zn(CH3COO)2·2H2O溶于重量浓度为4-6％的聚乙烯醇溶液中，在80-100℃的水浴、150-200r/min的转速搅拌的条件下混合0.5-1小时，然后在100-120℃的条件下干燥1-2h，将干燥后的产物升温到300℃保温0.5-1小时，继续升温到400℃保温0.5-1小时，再升温到550℃保温0.5-1小时，然后在空气中冷却至室温；二、将1-2重量份的钛酸四丁酯、4-5重量份的无水乙醇和0.1-0.3重量份的三乙醇胺混合搅拌1.5-2小时后，陈化0.5-1小时，按步骤一得到产物与钛酸四丁酯质量比为2-4∶1的配比将步骤一的产物加入到陈化后的溶液中，搅拌至溶解，在100-120℃的条件下干燥1-2小时，然后在150-200℃条件下热处理1.5-2小时，即得到核-壳型TiO2/ZnO光催化剂。
本发明制备的TiO2/ZnO壳核光催化剂涂敷于交联乙烯、层状钙钛矿、熔盐结晶水和盐或Al-Si材料上，作为TiO2/ZnO复合催化蓄能材料。
本发明的反应过程为在晶体内形成杂质缺陷，多出很多的正负电荷中心，使得TiO2的带隙变窄，电子容易跃迁，TiO2中的电子能够在普通光照条件下跃迁到导带上，用于晶体内的杂质影响，使得光生电子可以有效地分离。
本发明利用改性后的TiO2/ZnO壳核光催化剂对有机物进行光催化产生相变热达到蓄能的作用。通过TiO2/ZnO壳核光催化剂作用于其基底的蓄能材料，使得基底蓄能材料具有通过吸收太阳能后，通过固-固相变，达到蓄存能量的作用，从而达到提高利用太阳能的作用。对于固-固相变材料，它主要是通过晶体有序-无序结构转变进行可逆地吸、放热。它具有不生成液态，体积变化小，无腐蚀的优点。
附图说明
图1是TiO2的XPS能谱图。图2是ZnO的XPS能谱图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中核-壳型TiO2/ZnO光催化剂制备方法的步骤如下：一、按Zn(CH3COO)2·2H2O与聚乙烯醇质量比为2∶1的配比将Zn(CH3COO)2·2H2O溶于重量浓度为4-6％的聚乙烯醇溶液中，在80-100℃的水浴、150-200r/min的转速搅拌的条件下混合0.5-1小时，然后在100-120℃的条件下干燥1-2h，将干燥后的产物升温到300℃保温0.5-1小时，继续升温到400℃保温0.5-1小时，再升温到550℃保温0.5-1小时，然后在空气中冷却至室温；二、将1-2重量份的钛酸四丁酯、4-5重量份的无水乙醇和0.1-0.3重量份的三乙醇胺混合搅拌1.5-2小时后，陈化0.5-1小时，按步骤一得到产物与钛酸四丁酯质量比为2-4∶1的配比将步骤一的产物加入到陈化后的溶液中，搅拌至溶解，在100-120℃的条件下干燥1-2小时，然后在150-200℃条件下热处理1.5-2小时，即得到核-壳型TiO2/ZnO光催化剂。
本实施方式中采用美国物理电子所PHI 5700 ESCA system半球型电子能量分析器，在Al kα1486.6eV的条件下对本发明制备的TiO2/ZnO壳核光催化剂进行XPS试验，得到TiO2的XPS能谱图(如图1)，ZnO的XPS能谱图(如图2)。
XPS是X光电子能谱，可以用来确定化合物中元素的化合价，通过图1和图中的图形中得到在TiO2中的Ti是正4价，而不是0价，ZnO中的Zn是正2价，因此在这个壳核结构中，可以用下列方程式来表达：
同时，通过XPS图谱可知TiO2已经形成了氧缺位型的化合物，即TiO2-X型的化合物，因此它的内部结构中的能级变窄，电子易于跃迁，达到光催化作用。
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二中将1.1-1.5重量份的钛酸四丁酯、4.1-4.5重量份的无水乙醇和0.11-0.2重量份的三乙醇胺混合，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中将1.6-1.9重量份的钛酸四丁酯、4.6-4.9重量份的无水乙醇和0.21-0.29重量份的三乙醇胺混合，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中将1.3重量份的钛酸四丁酯、4.3重量份的无水乙醇和0.15重量份的三乙醇胺混合，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中将1.8重量份的钛酸四丁酯、4.7重量份的无水乙醇和0.25重量份的三乙醇胺混合，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式中制备的核-壳型TiO2/ZnO光催化剂的应用，是将制备的TiO2/ZnO壳核光催化剂涂敷于交联乙烯、层状钙钛矿、熔盐结晶水和盐或Al-Si材料上，作为TiO2/ZnO复合催化蓄能材料，其它与具体实施方式一相同。
Claims (6)
1.一种核-壳型TiO2/ZnO光催化剂的制备方法，其特征在于核-壳型TiO2/ZnO光催化剂制备方法的步骤如下：一、按Zn(CH3COO)2·2H2O与聚乙烯醇质量比为2∶1的配比将Zn(CH3COO)2·2H2O溶于重量浓度为4-6％的聚乙烯醇溶液中，在80-100℃的水浴、150-200r/min的转速搅拌的条件下混合0.5-1小时，然后在100-120℃的条件下干燥1-2h，将干燥后的产物升温到300℃保温0.5-1小时，继续升温到400℃保温0.5-1小时，再升温到550℃保温0.5-1小时，然后在空气中冷却至室温；二、将1-2重量份的钛酸四丁酯、4-5重量份的无水乙醇和0.1-0.3重量份的三乙醇胺混合搅拌1.5-2小时后，陈化0.5-1小时，按步骤一得到产物与钛酸四丁酯质量比为2-4∶1的配比将步骤一的产物加入到陈化后的溶液中，搅拌至溶解，在100-120℃的条件下干燥1-2小时，然后在150-200℃条件下热处理1.5-2小时，即得到核-壳型TiO2/ZnO光催化剂。
2.根据权利要求1所述的核-壳型TiO2/ZnO光催化剂的制备方法，其特征在于在步骤二中将1.1-1.5重量份的钛酸四丁酯、4.1-4.5重量份的无水乙醇和0.11-0.2重量份的三乙醇胺混合。
3.根据权利要求1所述的核-壳型TiO2/ZnO光催化剂的制备方法，其特征在于在步骤二中将1.6-1.9重量份的钛酸四丁酯、4.6-4.9重量份的无水乙醇和0.21-0.29重量份的三乙醇胺混合。
4.根据权利要求1所述的核-壳型TiO2/ZnO光催化剂的制备方法，其特征在于在步骤二中将1.3重量份的钛酸四丁酯、4.3重量份的无水乙醇和0.15重量份的三乙醇胺混合。
5.根据权利要求1所述的核-壳型TiO2/ZnO光催化剂的制备方法，其特征在于在步骤二中将1.8重量份的钛酸四丁酯、4.7重量份的无水乙醇和0.25重量份的三乙醇胺混合。
6.权利要求1制备的核-壳型TiO2/ZnO光催化剂的应用，其特征在于将制备的TiO2/ZnO壳核光催化剂涂敷于交联乙烯、层状钙钛矿、熔盐结晶水和盐或Al-Si材料上，作为TiO2/ZnO复合催化蓄能材料。
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