CN106563429B - 一种低成本、高效的多孔黑色TiO2光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本、高效的，具有可见光响应的多孔黑色TiO2光催化剂及其制备方法。该发明以H2O2溶液刻蚀钛粉的方法替代原先高温高压氢化的方法来制备含有部分亚氧化物的，具有可见光响应的黑色二氧化钛，解决了原先制备黑色二氧化钛工艺复杂且成本高的问题；巧妙利用刻蚀平板的原理从微观上直接对粉体颗粒进行刻蚀，从而形成一种多孔的颗粒，大大增加了材料的比表面积，提高了催化效率；将具备可见光吸收的黑色二氧化钛与特殊的多孔结构相结合，进一步提高了光催化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化剂，特别涉及一种多孔黑色的TiO2光催化剂。
背景技术
由于二氧化钛在光催化过程中的高效性，化学稳定性，以及无毒性，在各种光催化剂中，二氧化钛是被研究得最为深入的材料之一。它在染料敏化太阳能电池，锂离子电池，水解产氢的催化剂，自清洁涂层，水治理的催化剂等方面都有所应用。但是，二氧化钛的光催化效率被它宽的带隙所限制，能够产生电子-空穴对的光子光谱被限制在了紫外光区域。提高催化效率从根本上来说主要有两种方法：(1)提高催化剂对可见光和红外光的吸收利用；(2)增加二氧化钛颗粒的比表面积。
人们研究发现，通过高温高压氢化的方法制备的黑色二氧化钛能够大大提高二氧化钛的可见光吸收，从而极大提高光催化效率。但是这种制备方法过程比较复杂，成本也比较高。人们还发现,过氧化氢能溶蚀钛箔，溶蚀后的钛箔表面形成蓬松的羽状结构且表面钛转化为低价氧化钛。但是此种钛箔由于比表面积太小，催化效率仍比较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种制备工艺简单，成本低廉，催化效率高，具有可见光响应的多孔黑色TiO2光催化剂的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现。
以Ti粉为原料，引入过氧化氢进行刻蚀，通过控制刻蚀温度和刻蚀时间调控生成粉体颗粒的气孔率；通过控制Ti粉颗粒的大小，实现对刻蚀后的粉体的回收；通过过氧化氢的反应以及最后对产物进行的煅烧处理，生成含有部分亚氧化物的黑色二氧化钛。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)以H2O2溶液刻蚀钛粉的方法替代原先高温高压氢化的方法来制备可见光响应的黑色二氧化钛，制备方法简单、合成温度低，成本低，适合工业生产与应用；
(2)巧妙利用刻蚀平板的原理从微观上直接对粉体颗粒进行刻蚀，从而形成一种多孔的颗粒，大大增加了材料的比表面积，提高催化效率；
(3)将具备可见光吸收的黑色二氧化钛与特殊的多孔结构相结合，进一步提高了光催化效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种低成本、高效的多孔黑色TiO2光催化剂的制备，具体方法如下：
(1)以Ti粉(粒径1-5μm)为原料，以H2O2溶液(质量分数为30％)为刻蚀剂，按Ti的质量分数为4g，H2O2溶液的量为120ml，在60℃水浴锅中加热反应2h，经离心、洗涤、干燥后，得到微观多孔，含有部分亚氧化物的粉体。
(2)将刻蚀过的粉体放入马弗炉中，以5℃/min的升温速度将温度升到500℃保温2h，获得多孔黑色TiO2光催化剂。
本实施例得到的多孔黑色TiO2光催化剂，其颜色为黑色，颗粒表面被刻蚀出小孔，催化效率为30％。
实施例2
按照Ti粉质量为4g、H2O2溶液的量为160ml，在60℃水浴锅中加热反应 3h，制备微观多孔含有部分亚氧化物的粉体。按照实施例1方法，其中煅烧工艺为升温至450℃保温1h，制备所得多孔黑色TiO2光催化剂，其颜色为黑色，每个颗粒表面被刻蚀出小孔，催化效率为50％。
实施例3
按照Ti粉质量为2g、H2O2溶液的量为100ml，在60℃水浴锅中加热反应 2h，制备微观多孔含有部分亚氧化物的粉体。按照实施例1方法，其中煅烧工艺为升温至400℃保温1h，制备所得多孔黑色TiO2光催化剂，其颜色为黑色，每个颗粒表面被刻蚀出小孔，催化效率为45％。
实施例4
按照Ti粉质量为3g、H2O2溶液的量为130ml，在60℃水浴锅中加热反应 3h，制备微观多孔含有部分亚氧化物的粉体。按照实施例1方法，其中煅烧工艺为升温至500℃保温2h，制备所得多孔黑色TiO2光催化剂，其颜色为黑色，每个颗粒表面被刻蚀出小孔，催化效率为55％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低成本、高效的多孔黑色TiO2光催化剂的制备方法，以Ti粉为原料，通过控制刻蚀时间以及刻蚀温度，制备高效的黑色TiO2光催化剂，首先，以Ti粉为原料，选取H2O2溶液作为刻蚀剂，按一定的比例混合并进行水浴加热一定时间，离心、洗涤、干燥，得到未完全氧化的钛粉，将刻蚀后的钛粉放入马弗炉中，在空气中进行煅烧制备高效的黑色TiO2光催化剂，其特征在于：
(1)以H2O2溶液作为刻蚀剂取代了高温高压氢化制备黑色二氧化钛；
(2)以H2O2作为刻蚀剂时，Ti的质量为2-6g，H2O2溶液的量为80ml-160ml；所述的Ti粉纯度为95～100％，粒径为1-5μm；H2O2溶液的质量分数为30％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的Ti粉的质量为4g，所述的H2O2溶液的量为120ml。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将Ti粉加入H2O2溶液后，在60℃水浴锅中加热反应1.5～3h，获得微观多孔，部分氧化的粉体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在60℃水浴锅中加热反应2h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的煅烧工艺为：以5℃/min的升温速率将温度升至350-500℃并保温1-3h，获得多孔的黑色TiO2光催化剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述煅烧工艺为：以5℃/min的升温速度将温度升到500℃保温2h。
7.根据权利要求1至6之一所述方法制备得到的多孔黑色TiO2光催化剂，其特征在于：所述光催化剂原颗粒表面被刻蚀出大量小孔，极大增加了光催化反应点；所述光催化剂生成了亚氧化物，颜色为黑色，提高了可见光的吸收；所述光催化剂的光催化效率为20％-60％。
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