CN106799218A - 一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体催化剂及其制备 - Google Patents
一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体催化剂及其制备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106799218A CN106799218A CN201611214754.2A CN201611214754A CN106799218A CN 106799218 A CN106799218 A CN 106799218A CN 201611214754 A CN201611214754 A CN 201611214754A CN 106799218 A CN106799218 A CN 106799218A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surface modification
- crystal film
- phase knot
- film catalyst
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 230000004048 modification Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 238000012986 modification Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims abstract description 52
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011022 opal Substances 0.000 claims abstract description 18
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000002715 modification method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 16
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 14
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 8
- 150000002471 indium Chemical class 0.000 claims description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 6
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical group CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VBXWCGWXDOBUQZ-UHFFFAOYSA-K diacetyloxyindiganyl acetate Chemical compound [In+3].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O VBXWCGWXDOBUQZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XURCIPRUUASYLR-UHFFFAOYSA-N Omeprazole sulfide Chemical compound N=1C2=CC(OC)=CC=C2NC=1SCC1=NC=C(C)C(OC)=C1C XURCIPRUUASYLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000010748 Photoabsorption Effects 0.000 claims description 2
- 229910011006 Ti(SO4)2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910003074 TiCl4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 229910000337 indium(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XGCKLPDYTQRDTR-UHFFFAOYSA-H indium(iii) sulfate Chemical compound [In+3].[In+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O XGCKLPDYTQRDTR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- HDUMBHAAKGUHAR-UHFFFAOYSA-J titanium(4+);disulfate Chemical compound [Ti+4].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O HDUMBHAAKGUHAR-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 28
- 239000010408 film Substances 0.000 description 26
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 10
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021617 Indium monochloride Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 125000005909 ethyl alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- APHGZSBLRQFRCA-UHFFFAOYSA-M indium(1+);chloride Chemical compound [In]Cl APHGZSBLRQFRCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000010406 interfacial reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920006389 polyphenyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/58—Fabrics or filaments
- B01J35/59—Membranes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂,所述催化剂呈三维有序的反蛋白石结构,具有锐钛矿/金红石异相结晶体结构,其光子带隙处于催化剂可见光吸收区域。本发明还公开了上述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,包括如下步骤:以原位修饰方法制备TiO2溶胶;以垂直沉积法制备具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板;以浸渍垂直提拉法制备三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体;高温煅烧制得表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂。本发明具有很强的可见光响应,利用光子晶体的慢光子效应,增强了可见光化学反应,异相结结构有利于光生载流子的分离,提高了可见光催化能力,而且设备简单,易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及催化技术领域,尤其涉及一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂及其制备方法。
背景技术
21世纪,资源日渐匮乏、能源渐趋短缺和环境污染日益严峻,这些已成为当今世界所面临主要问题和挑战。为了实现可持续发展以及生态环境、人类生存和社会发展的和谐统一,必须要求人类对这些问题和挑战采取积极措施,这就使得污染防治成为了一个全球性的课题。近几十年来,人们对光化学降解污染物的研究不断涌现和深入,其中半导体光催化由于具有生物降解不可比拟的速度快、无选择性、降解完全等优点,而备受人们的关注。在众多半导体光催化剂中,二氧化钛(TiO2)因具有较宽的禁带宽度、氧化能力强、催化活性高、无毒、价廉,以及生物、化学、光化学稳定性好等优势,而一直处于光催化研究中的核心地位。
对TiO2光催化剂的研究已经进行了四十多年,目前仍然方兴未艾,而且TiO2的研究和应用领域也在不断扩展。TiO2的禁带宽度为3.0~3.2eV,只能被波长较短的紫外光激发,而紫外光在太阳光中只占5%左右,导致利用太阳光进行光催化的效率很低。为此,人们在提高TiO2可见光响应方面做出了许多努力。比如金属、非金属元素掺杂等,这些掺杂形式降低了半导体带隙,一定程度上扩展了光响应范围,但不论是间隙式的掺杂还是置换式掺杂,很多时候都在TiO2晶体中增加了电子空穴复合几率,导致催化剂的可见光催化能力增强,而紫外光催化能力下降。
另一问题是,目前所研究的以TiO2为基的光催化剂多数为粉末粒子型,而粉末型TiO2光催化剂在环境净化方面存在着难以回收、二次污染等实际问题,直接制约了其大规模实际应用。但是,TiO2纳米粒子薄膜催化剂由大量的纳米粒子集聚构成,高度致密,而光催化反应是一个界面反应,不管是液相反应还是气相反应体系,在光催化反应过程中,只有最外层的TiO2与目标降解物接触,导致接触面积小、表面活性位少、光催化效率不高。为了提高反应界面接触面积,设计构建具有多孔结构的薄膜催化剂具有重要意义。
光子晶体薄膜催化剂是一种三维有序多孔反蛋白石结构的光催化剂,其多孔结构可以显著增加催化剂的反应接触面积;更为重要的优势是,光子晶体催化剂具有慢光子效应。在光子晶体中,介电常数的空间周期性排列产生周期性电场和磁场,当两种材料的介电常数变化较大且变化周期与光波波长相比拟时,在电介质界面上也会出现布拉格散射,产生带隙,即光子带隙,频率落在带隙范围的光波都被禁止传播。而在光子带隙高频和低频边缘,光子传播的群速减小,成为所谓的“慢光子”,这样就显著增加了光子传播的光学路程,增强了光子与材料之间的相互作用。如果这种材料为光催化材料,而且慢光子产生的波长范围恰好和光催化材料的吸收范围重叠,将有更多的光生电子-空穴被激发产生,从而实现增强的光化学过程。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题,本发明提出了一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂及其制备方法,具有很强的可见光响应,利用光子晶体的慢光子效应,增强了可见光化学反应,异相结结构有利于光生载流子的分离,提高了可见光催化能力,而且设备简单,易于操作。
本发明提出的一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂,所述催化剂呈三维有序的反蛋白石结构,具有锐钛矿/金红石异相结晶体结构,其光子带隙处于催化剂可见光吸收区域。
本发明还提出的上述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,包括如下步骤:
S1、以原位修饰方法制备TiO2溶胶;
S2、以垂直沉积法制备具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板;
S3、以浸渍垂直提拉法制备三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体;
S4、高温煅烧制得表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂。
优选地,S1中,将铟盐溶液与稀释剂混合均匀后,在搅拌状态下滴加含钛物料,再加入水解催化剂,搅拌得到稳定透明的TiO2溶胶。
优选地,S1中,铟盐为氯化铟、硝酸铟、硫酸铟或醋酸铟。
优选地,S1中,稀释剂为无水乙醇、无水甲醇、冰醋酸或甲酸。
优选地,S1中,含钛物料为Ti(OC4H9)4、Ti(OC2H5)4、Ti(iso-OC3H7)4、Ti(SO4)2、TiCl4中的一种或两种以上组合物。
优选地,S1中,水解催化剂为浓盐酸、硝酸、硫酸、冰醋酸、水中的一种或两种以上组合物。
优选地,S1中,含钛物料与稀释剂的体积比为1~5:10。
优选地,S1中,含钛物料中钛含量和铟盐中铟含量的摩尔比为100:0.1~5。
优选地,S2中,将清洗干净的载玻片垂直插入聚苯乙烯悬浊液中,然后将含有载玻片的聚苯乙烯悬浊液置于恒温箱中,调节温度为50~60℃,待溶剂完全蒸发后,取出含聚苯乙烯的载玻片,接着升温至80℃,保温1.5~3h,得到具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板,将含聚苯乙烯的载玻片进行热处理的目的是增强聚苯乙烯胶体球之间的连接,固化胶体晶体薄膜。
其中,载玻片清洗过程如下:将载玻片置于浓硫酸和双氧水按体积比为7:3混合得到的混合液中浸泡过夜,加热煮沸10~30min,再分别用蒸馏水、丙酮和乙醇超声清洗,放入干燥箱中烘干备用。
优选地,S2中,聚苯乙烯悬浊液中聚苯乙烯微球的体积分数为0.15~0.5%。
优选地,S3中,将具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板垂直浸泡在TiO2溶胶中,浸泡时间为0.8~1.2min,接着以2.5~4mm/s的速度垂直提拉,在毛细力的作用下,溶胶将渗入到模板的空隙中;为使水解反应完全,接着在空气中充分暴露至完全蒸干,再重复浸泡、提拉和蒸干2~4次得到三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体。
优选地,S4中,将三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体置于马弗炉中煅烧,煅烧温度为550~650℃,然后随炉自然冷却得到表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂。在烧结的过程中,不但使聚苯乙烯微球模板被除去,而且二氧化钛可以由原来的非晶相转化为锐钛矿/金红石混晶相。
优选地,S1中聚苯乙烯微球的粒径为200~400nm,S4中表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的孔径为200~400nm,S4中表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的光子带隙为400~450nm。
带隙和孔径之间的关系通过下列等式表述:
其中和nair分别为TiO2和空气的折射率,f是TiO2相体积百分数。通常,对于面心立方结构,f=0.74,并且d111通过等式3与孔径相关联:
其中,D为相邻空气球之间的距离。
本发明使用的设备简单,易于操作;所得光催化剂相比于现有技术中的二氧化钛催化剂,通过引入表面物种,增强催化剂可见光响应;本发明再通过控制聚苯乙烯微球尺寸,从而控制光子晶体孔径大小,进而调控光子禁带位置,匹配慢光子产生位置和可见光吸收区域,利用光子晶体的慢光子效应,增强了可见光化学反应;本发明同时具有混晶异相结的晶体结构,促进光生载流子的有效分离,从而提高了可见光催化能力,具有很高的光催化降解有机污染物活性,在环境科学与工程应用领域有很大的应用潜力。
附图说明
图1为本发明实施例4所得具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板的电镜图片。
图2为本发明实施例4所得具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板的电镜放大图片。
图3为本发明实施例5所得表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的电镜图片。
图4为本发明实施例5所得表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的电镜放大图片。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明还提出的上述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,包括如下步骤:
S1、将硝酸铟溶液与甲酸混合均匀后,在搅拌状态下滴加Ti(OC2H5)4,再加入硝酸,搅拌得到稳定透明的TiO2溶胶;含钛物料与稀释剂的体积比为1:10,含钛物料中钛含量和铟盐中铟含量的摩尔比为100:5;
S2、将清洗干净的载玻片垂直插入体积分数为0.15%的聚苯乙烯悬浊液中,然后将含有载玻片的聚苯乙烯悬浊液置于恒温箱中,调节温度为60℃,待溶剂完全蒸发后,取出含聚苯乙烯的载玻片,接着升温至80℃,保温1.5h,得到具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板,将含聚苯乙烯的载玻片进行热处理的目的是增强聚苯乙烯胶体球之间的连接,固化胶体晶体薄膜;
S3、将具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板垂直浸泡在TiO2溶胶中,浸泡时间为1.2min,接着以3.5mm/s的速度垂直提拉,然后在空气中暴露至完全蒸干,再重复浸泡、提拉和蒸干4次得到三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体;
S4、将三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体置于马弗炉中煅烧得到表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂,煅烧温度为550℃。
实施例2
本发明还提出的上述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,包括如下步骤:
S1、将硫酸铟溶液与冰醋酸混合均匀后,在搅拌状态下滴加Ti(iso-OC3H7)4和Ti(SO4)2,再加入硫酸,搅拌得到稳定透明的TiO2溶胶;含钛物料与稀释剂的体积比为5:10,含钛物料中钛含量和铟盐中铟含量的摩尔比为100:0.1;
S2、将清洗干净的载玻片垂直插入体积分数为0.5%的聚苯乙烯悬浊液中,然后将含有载玻片的聚苯乙烯悬浊液置于恒温箱中,调节温度为50℃,待溶剂完全蒸发后,取出含聚苯乙烯的载玻片,接着升温至80℃,保温3h,得到具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板,将含聚苯乙烯的载玻片进行热处理的目的是增强聚苯乙烯胶体球之间的连接,固化胶体晶体薄膜;
S3、将具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板垂直浸泡在TiO2溶胶中,浸泡时间为0.8min,接着以4mm/s的速度垂直提拉,然后在空气中暴露至完全蒸干,再重复浸泡、提拉和蒸干2次得到三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体;
S4、将三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体置于马弗炉中煅烧得到表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂,煅烧温度为650℃。
实施例3
本发明还提出的上述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,包括如下步骤:
S1、将醋酸铟溶液与无水甲醇混合均匀后,在搅拌状态下滴加TiCl4,再加入冰醋酸,搅拌得到稳定透明的TiO2溶胶;含钛物料与稀释剂的体积比为3:10,含钛物料中钛含量和铟盐中铟含量的摩尔比为100:2.5;
S2、将清洗干净的载玻片垂直插入体积分数为0.3%的聚苯乙烯悬浊液中,然后将含有载玻片的聚苯乙烯悬浊液置于恒温箱中,调节温度为55℃,待溶剂完全蒸发后,取出含聚苯乙烯的载玻片,接着升温至80℃,保温2.5h,得到具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板,将含聚苯乙烯的载玻片进行热处理的目的是增强聚苯乙烯胶体球之间的连接,固化胶体晶体薄膜;
S3、将具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板垂直浸泡在TiO2溶胶中,浸泡时间为1min,接着以3mm/s的速度垂直提拉,然后在空气中暴露至完全蒸干,再重复浸泡、提拉和蒸干3次得到三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体;
S4、将三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体置于马弗炉中煅烧得到表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂,煅烧温度为620℃。
实施例4
本发明还提出的上述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,包括如下步骤:
S1、室温条件下,将浓度为0.6mol/L的InCl3溶液与40mL无水乙醇混合,在剧烈搅拌下,将12mL Ti(OC4H9)4缓慢滴加到上述混合液中,然后再加入浓度为12mol/L的浓盐酸,剧烈搅拌得到稳定透明的TiO2溶胶。;
S2、将清洗干净的载玻片垂直插入到盛有8.5mL体积分数为0.2%的聚苯乙烯悬浊液的称量瓶中,聚苯乙烯微球的粒径为250nm,然后将含有载玻片的聚苯乙烯悬浊液置于恒温箱中,调节温度为55℃,待溶剂完全蒸发后,取出含聚苯乙烯的载玻片,接着升温至80℃,保温2h,得到具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板;
所得具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板的电镜图片如图1和图2所示。
S3、将具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板垂直浸泡在TiO2溶胶中,浸泡时间为1min,接着以2.5mm/s的速度垂直提拉,然后在空气中暴露至完全蒸干,再重复浸泡、提拉和蒸干2次得到三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体;
S4、将三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体置于马弗炉中,以5℃/min的速度缓慢升温至600℃,保温2h,得到表面铟物种修饰、具有锐钛矿/金红石异相结、孔径为250nm的表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂。
实施例5
采用直径为200nm的聚苯乙烯微球悬浮液进行实验,其余实验条件和实验步骤同实施例4。制得的表面铟物种修饰、具有锐钛矿/金红石异相结、孔径为200nm的表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂。
所得表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的电镜图片如图3和图4所示。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂,其特征在于,所述催化剂呈三维有序的反蛋白石结构,具有锐钛矿/金红石异相结晶体结构,其光子带隙处于催化剂可见光吸收区域。
2.一种如权利要求1所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、以原位修饰方法制备TiO2溶胶;
S2、以垂直沉积法制备具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板;
S3、以浸渍垂直提拉法制备三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体;
S4、高温煅烧制得表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂。
3.根据权利要求2所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,S1中,将铟盐溶液与稀释剂混合均匀后,在搅拌状态下滴加含钛物料,再加入水解催化剂,搅拌得到稳定透明的TiO2溶胶。
4.根据权利要求3所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,S1中,铟盐为氯化铟、硝酸铟、硫酸铟或醋酸铟;优选地,稀释剂为无水乙醇、无水甲醇、冰醋酸或甲酸;优选地,含钛物料为Ti(OC4H9)4、Ti(OC2H5)4、Ti(iso-OC3H7)4、Ti(SO4)2、TiCl4中的一种或两种以上组合物;优选地,水解催化剂为浓盐酸、硝酸、硫酸、冰醋酸、水中的一种或两种以上组合物。
5.根据权利要求3或4所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,S1中,含钛物料与稀释剂的体积比为1~5:10;优选地,含钛物料中钛含量和铟盐中铟含量的摩尔比为100:0.1~5。
6.根据权利要求2所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,S2中,将清洗干净的载玻片垂直插入聚苯乙烯悬浊液中,然后将含有载玻片的聚苯乙烯悬浊液置于恒温箱中,调节温度为50~60℃,待溶剂完全蒸发后,取出含聚苯乙烯的载玻片,接着升温至80℃,保温1.5~3h,得到具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板。
7.根据权利要求6所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,S2中,聚苯乙烯悬浊液中聚苯乙烯微球的体积分数为0.15~0.5%。
8.根据权利要求2所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,S3中,将具有蛋白石结构的聚苯乙烯微球胶体晶体模板垂直浸泡在TiO2溶胶中,浸泡时间为0.8~1.2min,接着以2.5~4mm/s的速度垂直提拉,然后在空气中暴露至完全蒸干,再重复浸泡、提拉和蒸干2~4次得到三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体。
9.根据权利要求2所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,S4中,将三维有序反蛋白石结构纳米TiO2光子晶体置于马弗炉中煅烧得到表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂,煅烧温度为550~650℃。
10.根据权利要求2-9所述表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的制备方法,其特征在于,S1中聚苯乙烯微球的粒径为200~400nm,S4中表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的孔径为200~400nm,S4中表面修饰异相结二氧化钛光子晶体薄膜催化剂的光子带隙为400~450nm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611214754.2A CN106799218A (zh) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | 一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体催化剂及其制备 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611214754.2A CN106799218A (zh) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | 一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体催化剂及其制备 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106799218A true CN106799218A (zh) | 2017-06-06 |
Family
ID=58984939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611214754.2A Pending CN106799218A (zh) | 2016-12-26 | 2016-12-26 | 一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体催化剂及其制备 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106799218A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108993466A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-12-14 | 中国科学院地球环境研究所 | 一种三维有序大孔钛酸盐及其原位自牺牲制备方法 |
CN112557771A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-26 | 清华大学 | 一种温度稳定的高灵敏度微型电场传感器 |
CN112760707A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-05-07 | 南京师范大学 | 一种TiO2/PS胶体光子晶体及其制备方法和在湿度传感器中的应用 |
CN114113049A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 南京信息工程大学 | 一种自发光型光子晶体电致化学发光传感器的制备方法及应用 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102151560A (zh) * | 2011-01-25 | 2011-08-17 | 北京师范大学 | 光催化降解有机物的二氧化钛光子晶体薄膜及其制备方法 |
CN103143379A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-12 | 北京化工大学 | 一步法制备氮掺杂二氧化钛反蛋白石薄膜光催化剂的方法 |
CN104128179A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-11-05 | 任文祥 | 一种Ag负载的TiO2-ZnO反蛋白石光子晶体光催化材料的制备 |
-
2016
- 2016-12-26 CN CN201611214754.2A patent/CN106799218A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102151560A (zh) * | 2011-01-25 | 2011-08-17 | 北京师范大学 | 光催化降解有机物的二氧化钛光子晶体薄膜及其制备方法 |
CN103143379A (zh) * | 2013-03-06 | 2013-06-12 | 北京化工大学 | 一步法制备氮掺杂二氧化钛反蛋白石薄膜光催化剂的方法 |
CN104128179A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-11-05 | 任文祥 | 一种Ag负载的TiO2-ZnO反蛋白石光子晶体光催化材料的制备 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
LIQIANG JING ET AL: ""Investigation on the electron transfer between anatase and rutile in nano-sized TiO2 by means of surface photovoltage technique and its effects on the photocatalytic activity"", 《SOLAR ENERGY MATERIALS & SOLAR CELLS》 * |
王景声等: ""三维有序结构In掺杂TiO2薄膜的可见光催化活性"", 《物理化学学报》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108993466A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-12-14 | 中国科学院地球环境研究所 | 一种三维有序大孔钛酸盐及其原位自牺牲制备方法 |
CN112557771A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-26 | 清华大学 | 一种温度稳定的高灵敏度微型电场传感器 |
CN112557771B (zh) * | 2020-12-02 | 2021-10-08 | 清华大学 | 一种温度稳定的高灵敏度微型电场传感器 |
CN112760707A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-05-07 | 南京师范大学 | 一种TiO2/PS胶体光子晶体及其制备方法和在湿度传感器中的应用 |
CN112760707B (zh) * | 2020-12-22 | 2022-06-07 | 南京师范大学 | 一种TiO2/PS胶体光子晶体及其制备方法和在湿度传感器中的应用 |
CN114113049A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-01 | 南京信息工程大学 | 一种自发光型光子晶体电致化学发光传感器的制备方法及应用 |
CN114113049B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-05-30 | 南京信息工程大学 | 一种自发光型光子晶体电致化学发光传感器的制备方法及应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wu | Photocatalytic reduction of greenhouse gas CO 2 to fuel | |
Cheng et al. | Green synthesis of plasmonic Ag nanoparticles anchored TiO2 nanorod arrays using cold plasma for visible-light-driven photocatalytic reduction of CO2 | |
CN103962117B (zh) | 颜色可调具有高效光催化活性的二氧化钛的制备方法 | |
CN106799218A (zh) | 一种表面修饰异相结二氧化钛光子晶体催化剂及其制备 | |
CN104941614B (zh) | 接触式还原法制备黑色二氧化钛的方法 | |
CN101537349B (zh) | 核/壳结构的聚苯乙烯/二氧化钛复合光催化剂的制备 | |
CN103638923B (zh) | 一种稀土元素Nd掺杂Bi2WO6复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN102826597B (zh) | 一种制备纳米二氧化钛的方法 | |
CN102592836A (zh) | 一种铁掺杂二氧化钛粉体的制备工艺 | |
CN103240073B (zh) | 一种Zn2+掺杂BiVO4可见光催化剂及其制备方法 | |
CN103240107B (zh) | 一种磷酸银-钒酸铋复合光催化剂及其制备方法 | |
CN103285845A (zh) | 一种氧化石墨烯包裹二氧化钛微球光催化剂的制备方法 | |
CN103111276A (zh) | 多孔阵列ZnO/TiO2复合光催化剂的制备方法 | |
CN101322931A (zh) | 一种微波水热制备TiO2-PS核壳结构纳米粉的方法 | |
CN103611527B (zh) | 一种可见光响应Ce掺杂Bi2WO6微晶及其制备方法和应用 | |
CN102350353A (zh) | 一种Fe3O4/C/TiO2复合光催化剂的制备方法 | |
CN107096531A (zh) | 贵金属金修饰的金-二氧化钛核壳结构光催化剂及其制备方法 | |
CN103920505A (zh) | 一种可见光光催化高效产氢硫化镉反蛋白石结构及其制备方法 | |
CN108097267A (zh) | 一种硫化物量子点改性的石墨烯/氧化钛纳米微球光催化材料的制备方法 | |
CN103657628B (zh) | 一种SnO2-TiO2复合纳米光催化剂的制备方法 | |
Ahmad et al. | Sn-based materials in photocatalysis: A review | |
CN102774885B (zh) | 多孔亚微米球、多孔薄膜电极及其制备方法和在染料敏化太阳电池中的应用 | |
CN104226320A (zh) | 钒硼共掺杂二氧化钛与氧化镍复合光催化剂的制备方法 | |
CN108654663B (zh) | 一种混合硝酸盐熔盐法制备硼氮共掺杂单晶介孔TiO2催化材料的方法 | |
CN104857942A (zh) | 硫化镉敏化氢化分枝状二氧化钛纳米棒阵列膜及光催化器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170606 |