CN103055862B - 一种光催化纳米材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光催化纳米材料，由纳米银与纳米二氧化钛构成的混合物，所述纳米银与所述二氧化钛的质量比为0.5~10：90~99.5；所述混合物的制备方法为：按比例取纳米银与纳米二氧化钛混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米银掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物。本发明混合物可用在冰箱除菌除异味方面，其可以涂覆在冰箱内件表面，也可以涂覆在其它基材上安装在箱体内。
Description
本发明是申请号为201110343737.X的分案申请
技术领域：
本发明涉及一种光催化纳米材料，尤其涉及一种能适用于冰箱并具有除菌除异味功能的光催化纳米材料。
背景技术：
冰箱购买阶段的异味会影响客户购买冰箱的欲望，使用阶段的异味和细菌会影响冰箱内食品的保鲜期。因此，具有除菌除异味功能的冰箱市场前景很大。
光催化技术是一种新兴、高效、节能的现代绿色环保技术，光催化技术是在催化剂的作用下，利用光辐射将污染物分解为无毒或毒性较低物质的过程。
而通常研究的光催化材料，是以TiO2为代表的金属氧化物半导体，它具有非常好的化学稳定性，不溶于水、光稳定性高、具有强氧化-还原能力、价格低廉、对人体无害、使用寿命长等优点。TiO2受到紫外线的照射，当能量大于或等于其禁带宽度时，价带上的电子被激发，越过禁带进入导带，形成带负电的高活性电子（e-），同时在价带上产生相应的空穴（h+），电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的H2O和O2，生成·OH和·O2 -自由基，这些自由基分解有机物生成二氧化碳和水，从而对其表面的有机污染物气体进行降解，同时这些自由基还具有杀菌作用。机理如图1所示：
A过程：
B过程：e-+Aads→A-ads
C过程：h+Dads→D+ads
D、E过程：e-+h+→△（放热）
TiO2是一种多晶型的化合物，它是一种常见的n型半导体材料，在自然界有锐钛矿、金红石和板钛矿三种晶形。锐钛矿型的二氧化钛多用于光催化剂，在节能环保方面展示出极为广阔的应用前景。通常，TiO2粒径越小，其比表面积越大，增大TiO2分子处于表面的份额，从而发生光催化反应产生光生e--h+对的几率增大；另一方面由于与其表面接触的O2和H2O含量越多，有效减少e--h+空穴复合的几率，从而提高了光催化效果。研究表明，一定比例的锐钛矿与金红石复合更有利于光催化效果的提高。
发明内容：
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光催化纳米材料，是一种适用于冰箱并具有除菌除异味功能的光催化纳米材料。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种光催化纳米材料，由纳米银与纳米二氧化钛构成的混合物，所述纳米银与所述二氧化钛的质量比为0.5～10：90～99.5；所述混合物的制备方法为：按比例取纳米银与纳米二氧化钛混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米银掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物。
一种光催化纳米材料，由纳米氧化铜、纳米氧化锌或纳米氧化镁与纳米二氧化钛构成的混合物，所述纳米氧化铜、纳米氧化锌或纳米氧化镁与纳米二氧化钛的质量比为2～12：88～98；所述混合物的制备方法为：按比例取纳米氧化铜、纳米氧化锌或纳米氧化镁与纳米二氧化钛混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米氧化铜、纳米氧化锌或纳米氧化镁掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物。
上述光催化纳米材料的纳米粒径在10～60nm。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
金属离子掺杂是改善TiO2光催化性能的常用方法之一，当半导体表面和金属接触时，载流子重新分布，电子从费米能级较高的n型半导体转移到费米能级较低的金属，直到它们的费米能级相同，形成肖特基势垒，成为俘获激发电子的有效陷阱，光生载流子被分离，从而抑制了电子和空穴的复合。
通过掺杂将银离子引入到TiO2晶格结构内部，在晶格中引入新电荷，形成缺陷或改变晶格类型，从而影响光生电子和空穴的运动状况、调整其分布状态或者改变TiO2的能带结构，最终导致TiO2的光催化活性发生不同程度的改变。
半导体复合本质上是一种颗粒对另一种颗粒的修饰，通过半导体的复合可提高系统的电荷分离效果，很容易调节半导体的带隙和广谱吸收范围，使光吸收呈带边型，通过粒子的表面改性可增加其光稳定性和超亲水性。采用氧化锌、氧化镁、氧化铜半导体材料来修饰TiO2，因混晶效应，能提高TiO2催化活性和改变晶体结构，从而提高其光催化性能。
纳米材料的光催化活性与材料的纳米粒径有关。粒径小，光生电子和空穴从TiO2体内扩散到表面的时间短，它们在TiO2体内的复合几率减小，到达表面的电子和空穴数量多，光催化活性高。例如在1000nm普通粉体TiO2粒子中从体内扩散到表面约需100ns，而在粒径为10nm粒子中则只需10ps。此外，粒径小、比表面积大，有助于氧气及被降解有机物在TiO2表面的预先吸附，则反应速率快，光催化效率必然增大。
当颗粒大小为1～10nm时，出现量子尺寸效应。量子尺寸效应会导致禁带变宽，并使能带蓝移，所需激发光的能量升高，将导致TiO2光敏化程度变弱。
并且在制备TiO2的过程中，焙烧温度越低，纳米TiO2的粒径越小，但是焙烧温度低于523K时，TiO2样品为非晶态结构，此温度下纳米TiO2的粒径为10.8nm；523K焙烧TiO2的样品为锐钛矿结构，随着焙烧温度升高，TiO2的样品的晶粒逐渐长大；当焙烧温度为823K时，开始发生晶型转变，出现金红石相；当热处理温度达到1073K时，TiO2样品完全转变为金红石结构，此温度下纳米TiO2的粒径为56.3nm。一定比例的锐钛矿与金红石复合更有利于光催化效果的提高，因此光催化纳米材料粒径在10～60nm之间光催化效果达到最大。
光催化纳米材料可以应用在很多领域，例如在冰箱除菌除异味方面，其可以涂覆在冰箱内件表面，也可以涂覆在其它基材上安装在箱体内。没有光催化时纳米材料也具备除菌除异味功能，当用紫外光照射时，纳米材料的除菌除异味效率提高。
附图说明：
图1为·OH和·O2 -自由基具有杀菌作用的机理图。
具体实施方式：
实施例1：称取0.5质量份的纳米银、99.5质量份的纳米二氧化钛，混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米银掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物，复合物的粒径在10～60nm之间。
实施例2：制备方法同实施例1，所不同的是，纳米银取1.5质量份，纳米二氧化钛取98.5质量份。
实施例3：制备方法同实施例1，所不同的是，纳米银取2.5质量份，纳米二氧化钛取97.5质量份。
实施例4：制备方法同实施例1，所不同的是，纳米银取5质量份，纳米二氧化钛取95质量份。
实施例5：制备方法同实施例1，所不同的是，纳米银取6质量份，纳米二氧化钛取94质量份。
实施例6：制备方法同实施例1，所不同的是，纳米银取8质量份，纳米二氧化钛取92质量份。
实施例7：制备方法同实施例1，所不同的是，纳米银取10质量份，纳米二氧化钛取90质量份。
实施例8：称取2质量份的纳米氧化锌、98质量份的纳米二氧化钛，混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米银掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物，复合物的粒径在10～60nm之间。
实施例9：称取4质量份的纳米氧化铜、96质量份的纳米二氧化钛，混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米银掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物，复合物的粒径在10～60nm之间。
实施例10：称取12质量份的纳米氧化镁、88质量份的纳米二氧化钛，混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米银掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物，复合物的粒径在10～60nm之间。
实施例11：制备方法同实施例8，所不同的是，纳米氧化锌取6质量份，纳米二氧化钛取94质量份。
实施例12：制备方法同实施例9，所不同的是，纳米氧化铜取8质量份，纳米二氧化钛取92质量份。
Claims (2)
1.一种光催化纳米材料，其特征是由纳米氧化铜、纳米氧化锌或纳米氧化镁与纳米二氧化钛构成的混合物，混合物中所述纳米氧化铜、纳米氧化锌或纳米氧化镁的质量份为2～12，所述纳米二氧化钛的质量份为88～98；所述混合物的制备方法为：按比例取纳米氧化铜、纳米氧化锌或纳米氧化镁与纳米二氧化钛混合配成溶液，经超声处理，于225℃下水热釜中反应2小时，离心洗涤、分离，550℃下保温2小时，得到纳米氧化铜、纳米氧化锌或纳米氧化镁掺杂纳米二氧化钛的光催化复合物。
2.根据权利要求1所述的一种光催化纳米材料，其特征在于，所述光催化纳米材料的纳米粒径在10～60nm。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
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