CN110882699B - 基于三重异质结结构的光触媒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于三重异质结结构的光触媒及其制备方法，属于光催化技术领域。本发明所述基于三重异质结结构的光触媒包括TiO2、Ce2O3、Cu2O，并且TiO2、Ce2O3、Cu2O紧密连接。本发明的三重异质结结构的光触媒材料能分散到分散剂中，形成均匀稳定的白色胶体溶液，有效改善了半导体光催化剂在液态中的不稳定性。在可见光灯的照射下，对有机污染物的降解效率明显提高，在时间和成本上较一般的光触媒都明显提升且对环境不会造成二次污染。本发明的方法制备简单，成本低廉，适于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及基于三重异质结结构的光触媒及其制备方法，属于光催化技术领域。
背景技术
光触媒是一种在光的照射下，促进并加速化学反应的物质，而在化学反应中，光触媒不会参与反应。在光的照射下，光触媒可使材料表面所吸附的氧和水分活性化，产生具有氧化能力极强的自由羟基基团和活性氧基团，发生氧化反应，以使有机污染物、细菌、病毒等彻底分解为二氧化碳和水。
在目前实际应用中，光触媒可以用来除去污染物、除去室内甲醛或者净化空气，并且目前应用最广泛的材料是二氧化钛。纳米二氧化钛具有良好的光化学性质以及抗菌、自清洁等优良性能，广泛应用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆等领域。研究表明，在紫外线照射下，二氧化钛可催化降解物体表面的有机污染物(如甲醛)，达到净化空气的目的，是良好的光催化剂半导体。但是二氧化钛的利用效率较低，原因在于其利用率仅占太阳光谱的5％，在实际应用中无法达到净化空气的目的。
为了达到在太阳光下，提高光触媒除去有机污染物的效率，会考虑到添加氧化物来复合二氧化钛，抑制电子空穴对的快速复合，提高光谱的利用率。然而目前添加了氧化物的复合二氧化钛的光利用效率仍然不理想，还有待进一步提高。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种新的基于三重异质结结构的光触媒。
为解决本发明的第一个技术问题，所述基于三重异质结结构的光触媒包括TiO2、Ce2O3、Cu2O，并且TiO2、Ce2O3、Cu2O紧密连接。
所述的紧密连接是指空间上紧密接触，TiO2、Ce2O3、Cu2O三者本身并不是以分子键等连接的。例如可以通过三者的混合球磨等工艺，高温烧结可以形成紧密的异质结。TiO2、Ce2O3、Cu2O三者的复合工艺上没有复合的顺序，没有先后添加的顺序，就是混合在一起。只不过在光照时，会先激发TiO2，然后是Ce2O3，最后是Cu2O。
进一步地，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比为：1～1.5:1:1～2，优选为1:1:1.5。
进一步地，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O与分散剂形成稳定的胶体；所述分散剂优选为甲醇、乙醇、乙酰丙酮、聚丙烯酸的一种或几种的混合；
优选所述胶体中二氧化钛为锐钛矿型，Ce2O3为立方相结构，Cu2O为立方相结构。
优选的，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的粒度分别为30～50nm。
优选的，所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法如下：
(a)将TiO2、Ce2O3、Cu2O、水混合均匀，得到悬浮液后，过滤、烘干，得到颗粒A；
(b)将颗粒A与水混合均匀，过滤、烘干，得到颗粒B；
(c)将颗粒B在还原性气体的气氛下400～450℃退火烧结10～20h，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末，所述还原性气体的速率2～5mL/min；所述还原性气体优选为H2，CO；
其中，(a)和(b)所述混合均匀优选为球磨，所述球磨的时间优选为4～6h，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比优选为：1～1.5:1:1～2，更优选为1:1:1.5。
(a)和(b)步骤所述的混合均匀可以是搅拌，研磨，球磨等等常规的混合方式。
(a)和(b)第一次混合之后，可以过滤出一些原材料的杂质，再进行第二次混合，过滤干燥能够使得TiO2、Ce2O3、Cu2O结合得更紧密，得到的催化剂催化性能好。
(c)步骤的温度和还原气体的速率是关键，温度和还原气体的速率不在此范围催化剂的性能均会受到影响。
进一步地，所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法还包括：
(d)将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在分散剂中，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构胶体；所述分散优选还包括超声10～30min；所述分散剂优选为甲醇、乙醇、乙酰丙酮、聚丙烯酸的一种或几种的混合。
优选的，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O或颗粒A均为固体，所述混合的固体和水质量比为1:10；所述水为去离子水；所述烘干的温度为60～80℃。
本发明要解决的第二个技术问题是提供上述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法。
为解决本发明的第二个技术问题，所述于三重异质结结构的光触媒的制备方法包括：
(a)将TiO2、Ce2O3、Cu2O、水混合均匀，得到悬浮液后，过滤、烘干，得到颗粒A；
(b)将颗粒A与水混合均匀，过滤、烘干，得到颗粒B；
(c)将颗粒B在还原性气体气氛下400～450℃退火烧结10～20h，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末，所述还原性气体的速率2～5mL/min；所述还原性气体优选为H2，CO；
其中，(a)和(b)所述混合均匀优选为球磨，所述球磨的时间优选为4～6h，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比优选为：1～1.5:1:1～2，更优选为1:1:1.5。
进一步地，所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法还包括：
(d)将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在分散剂中，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构胶体；所述分散优选还包括超声10～30min；所述分散剂优选为甲醇、乙醇、乙酰丙酮、聚丙烯酸的一种或几种的混合。
优选的，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O或颗粒A均为固体，所述混合的固体和水质量比为1:10；所述水优选为去离子水；所述烘干的温度为60～80℃。
有益效果：
1.本发明的三重异质结结构的光触媒材料能分散到分散剂中，形成均匀稳定的白色胶体溶液，有效改善了半导体光催化剂在液态中的不稳定性。
2.在可见光灯的照射下，本发明的三重异质结结构的光触媒材料对有机污染物的降解效率明显提高。
3.本发明的三重异质结结构的光触媒材料在时间和成本上较一般的光触媒都明显提升且对环境不会造成二次污染。
4.本发明的方法利用纳米TiO2和Ce2O3、Cu2O形成异质结来提高光催化剂的降解效率，制备简单，成本低廉，适于大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例3所制备的新型光触媒材料的SEM图。
图2为实施例1中，物质的量的比为1.5:1:1的TiO2/Ce2O3/Cu2O在可见光下降解甲基橙、甲醛的效率。
图3为实施例2中物质的量的比为1:1:1的TiO2/Ce2O3/Cu2O在可见光下降解甲基橙、甲醛的效率。
图4为实施例3中物质的量的比为1:1:1.5的TiO2/Ce2O3/Cu2O在可见光下降解甲基橙、甲醛的效率。
图5为实施例4中物质的量的比为1:1:2的TiO2/Ce2O3/Cu2O在可见光下降解甲基橙、甲醛的效率。
图6为实施例5中物质的量的比为4:1:0.5的TiO2/Ce2O3/Cu2O在可见光下降解甲基橙、甲醛的效率。
图2～6中(a)为降解甲基橙的效率；(b)为降解甲醛的效率。
具体实施方式
为解决本发明的第一个技术问题，所述基于三重异质结结构的光触媒包括TiO2、Ce2O3、Cu2O，并且TiO2、Ce2O3、Cu2O紧密连接。
所述的紧密连接是指空间上紧密接触，TiO2、Ce2O3、Cu2O三者本身并不是以分子键等连接的。例如可以通过三者的混合球磨等工艺，高温烧结可以形成紧密的异质结。TiO2、Ce2O3、Cu2O三者的复合工艺上没有复合的顺序，没有先后添加的顺序，就是混合在一起。只不过在光照时，会先激发TiO2，然后是Ce2O3，最后是Cu2O。
进一步地，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比为：1～1.5:1:1～2，优选为1:1:1.5。
进一步地，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O与分散剂形成稳定的胶体；所述分散剂优选为甲醇、乙醇、乙酰丙酮、聚丙烯酸的一种或几种的混合；
优选所述胶体中二氧化钛为锐钛矿型，Ce2O3为立方相结构，Cu2O为立方相结构。
优选的，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的粒度分别为30～50nm。
优选的，所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法如下：
(a)将TiO2、Ce2O3、Cu2O、水混合均匀，得到悬浮液后，过滤、烘干，得到颗粒A；
(b)将颗粒A与水混合均匀，过滤、烘干，得到颗粒B；
(c)将颗粒B在还原性气体的气氛下400～450℃退火烧结10～20h，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末，所述还原性气体的速率2～5mL/min；所述还原性气体优选为H2，CO；
其中，(a)和(b)所述混合均匀优选为球磨，所述球磨的时间优选为4～6h，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比优选为：1～1.5:1:1～2，更优选为1:1:1.5。
(a)和(b)步骤所述的混合均匀可以是搅拌，研磨，球磨等等常规的混合方式。
(a)和(b)第一次混合之后，可以过滤出一些原材料的杂质，再进行第二次混合，过滤干燥能够使得TiO2、Ce2O3、Cu2O结合得更紧密，得到的催化剂催化性能好。
(c)步骤的温度和还原气体的速率是关键，温度和还原气体的速率不在此范围催化剂的性能均会受到影响。
进一步地，所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法还包括：
(d)将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在分散剂中，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构胶体；所述分散优选还包括超声10～30min；所述分散剂优选为甲醇、乙醇、乙酰丙酮、聚丙烯酸的一种或几种的混合。
优选的，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O或颗粒A均为固体，所述混合的固体和水质量比为1:10；所述水为去离子水；所述烘干的温度为60～80℃。
为解决本发明的第二个技术问题，所述于三重异质结结构的光触媒的制备方法包括：
(a)将TiO2、Ce2O3、Cu2O、水混合均匀，得到悬浮液后，过滤、烘干，得到颗粒A；
(b)将颗粒A与水混合均匀，过滤、烘干，得到颗粒B；
(c)将颗粒B在还原性气体气氛下400～450℃退火烧结10～20h，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末，所述还原性气体的速率2～5mL/min；所述还原性气体优选为H2，CO；
其中，(a)和(b)所述混合均匀优选为球磨，所述球磨的时间优选为4～6h，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比优选为：1～1.5:1:1～2，更优选为1:1:1.5。
进一步地，所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法还包括：
(d)将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在分散剂中，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构胶体；所述分散优选还包括超声10～30min；所述分散剂优选为甲醇、乙醇、乙酰丙酮、聚丙烯酸的一种或几种的混合。
优选的，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O或颗粒A均为固体，所述混合的固体和水质量比为1:10；所述水优选为去离子水；所述烘干的温度为60～80℃。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
步骤1：以物质的量的比为1.5:1:1称取TiO2，Ce2O3，Cu2O并且混溶，取10g三种物质混溶后的混合物溶于100g去离子水中，置于球磨机中球磨6h，得到悬浮液后，取出底层颗粒在80℃烘干，再加入100g去离子水，置于球磨机中球磨6h，使得三种物质的连接更加紧密，后在450℃温度下，通入氢气，氢气的速率2mL/min，退火烧结20h，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末。
步骤2：将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在甲醇和乙醇按照体积比1:1混合的甲乙醇中，进行超声震荡30min，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构分散胶体。
步骤3：称取TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结胶体，甲基橙，去离子水，甲基橙浓度为10- 4mol/L，异质结胶体和甲基橙水溶液的质量比为1:100。
步骤4：先通过超声波震荡，使胶体均匀的分散在甲基橙水溶液中。在暗室中搅拌1h以上，达到吸附与被吸附平衡。
步骤5：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液9000r/min离心20min以去除光催化剂的影响，通过紫外-可见光分光光度计检测甲基橙浓度的变化。
步骤6：为了检测该光触媒对甲醛的吸附能力，称取新型异质结胶体、去离子水，比例为1:100，喷洒在1m3的制定区域内。
步骤7：在1m3的制定区域内，通入甲醛气体，浓度为0.4g/m3。
步骤8：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液9000r/min离心20min以去除光催化剂的影响，通过甲醛检测仪标定甲醛浓度的变化。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒降解甲基橙的浓度变化如图2(a)。如图2(a)所示，可见光下降解甲基橙(浓度为10-4mol/L)的效率：15分钟：25％；30分钟：44％；45分钟：68％；60分钟：88％；75分钟：98％；90分钟：100％。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒分解甲醛的浓度变化如图2(b)所示。如图2(b)所示，可见光下降解甲醛0.4g/m3的效率：15分钟：8％；30分钟：15％；1小时：25％；2小时：40％；4小时：72％；6小时：91.5％；8小时：98％。
实施例2
步骤1：以物质的量的比为1:1:1称取TiO2，Ce2O3，Cu2O并且混溶，取7.5g三种物质混溶后的混合物溶于75g去离子水中，置于球磨机中球磨5h，得到悬浮液后，取出底层颗粒在70℃烘干，再加入75g去离子水，置于球磨机中球磨5h，使得三种物质的连接更加紧密，后在425℃温度下，通入氢气退火烧结15h，氢气的速率3mL/min，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末。
步骤2：将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在乙酰丙酮中，进行超声震荡20min，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构分散胶体。
步骤3：称取TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结胶体，甲基橙，去离子水，甲基橙浓度为10- 4mol/L，异质结胶体和甲基橙水溶液的质量比为1:100试。
步骤4：先通过超声波震荡，使胶体均匀的分散在甲基橙水溶液中。在暗室中搅拌1h以上，达到吸附与被吸附平衡。
步骤5：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液10000r/min离心5min以去除光催化剂的影响，通过紫外-可见光分光光度计检测甲基橙浓度的变化。
步骤6：为了检测该光触媒对甲醛的吸附能力，称取新型异质结胶体、去离子水，比例为1:100，喷洒在1m3的制定区域内。
步骤7：在1m3的制定区域内，通入甲醛气体，浓度为0.4g/m3。
步骤8：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液10000r/min离心5min以去除光催化剂的影响，通过甲醛检测仪标定甲醛浓度的变化。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒降解甲基橙的浓度变化如图3(a)。如图3(a)所示，可见光下降解甲基橙浓度为10-4mol/L的效率：15分钟：25％；30分钟：46％；45分钟：72％；60分钟：91％；75分钟：100％；90分钟：100％。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒分解甲醛的浓度变化如图3(b)所示。如图3(b)所示，可见光下降解甲醛0.4g/m3的效率：15分钟：10％；30分钟：17％；1小时：30％；2小时：46％；4小时：78％；6小时：99.7％。
实施例3
步骤1：以物质的量的比为1:1:1.5称取TiO2，Ce2O3，Cu2O并且混溶，取10g三种物质混溶后的混合物溶于100g去离子水中，置于球磨机中球磨4h，得到悬浮液后，取出底层颗粒在60℃烘干，再加入100g去离子水，置于球磨机中球磨4h，使得三种物质的连接更加紧密，后在400℃温度下，通入氢气退火烧结10h，氢气的速率4mL/min，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末。
步骤2：将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在甲醇中，进行超声震荡10min，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构分散胶体。
如图1所示，实施例3所制备的新型光触媒材料的SEM图可见TiO2、Ce2O3、Cu2O的粒度为40nm。
稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构分散胶体中二氧化钛为锐钛矿型，Ce2O3为立方相结构，Cu2O为立方相结构。
步骤3：称取TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结胶体，甲基橙，去离子水，甲基橙浓度为10- 4mol/L，异质结胶体和甲基橙水溶液的质量比为1:100。
步骤4：先通过超声波震荡，使胶体均匀的分散在甲基橙水溶液中。在暗室中搅拌1h以上，达到吸附与被吸附平衡。
步骤5：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液11000r/min离心5以去除光催化剂的影响，通过紫外-可见光分光光度计检测甲基橙浓度的变化。
步骤6：为了检测该光触媒对甲醛的吸附能力，称取新型异质结胶体、去离子水，比例为1:100，喷洒在1m3的制定区域内。
步骤7：在1m3的制定区域内，通入甲醛气体，浓度为0.4g/m3。
步骤8：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液11000r/min离心5以去除光催化剂的影响，通过甲醛检测仪标定甲醛浓度的变化。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒降解甲基橙的浓度变化如图4(a)。如图4(a)所示，可见光下降解甲基橙(浓度为10-4mol/L)的效率：15分钟：26％；30分钟：49％；45分钟：86％；60分钟：99％；75分钟：100％；90分钟：100％。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒分解甲醛的浓度变化如图4(b)所示。如图4(b)所示，可见光下降解甲醛(0.4g/m3)的效率：15分钟：10％；30分钟：19％；1小时：36％；2小时：52％；4小时：84.5％；6小时：99.8％。
实施例4
步骤1：以物质的量的比为1:1:2称取TiO2，Ce2O3，Cu2O并且混溶，取6g三种物质混溶后的混合物溶于60g去离子水中，置于球磨机中球磨4h，得到悬浮液后，取出底层颗粒在60℃烘干，再加入60g去离子水，置于球磨机中球磨4h，使得三种物质的连接更加紧密，后在400℃温度下，通入氢气退火烧结10h，氢气的速率5mL/min，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末。两次球磨中固体混合物和去离子水的质量比例为1:10。
步骤2：将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在聚丙烯酸中，进行超声震荡10min，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构分散胶体。
步骤3：称取TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结胶体，甲基橙，去离子水，甲基橙浓度为10- 4mol/L，异质结胶体和甲基橙水溶液的质量比为1:100。
步骤4：先通过超声波震荡，使胶体均匀的分散在甲基橙水溶液中。在暗室中搅拌1h以上，达到吸附与被吸附平衡。
步骤5：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液12000r/min离心5min以去除光催化剂的影响，通过紫外-可见光分光光度计检测甲基橙浓度的变化。
步骤6：为了检测该光触媒对甲醛的吸附能力，称取新型异质结胶体、去离子水，比例为1:100，喷洒在1m3的制定区域内。
步骤7：在1m3的制定区域内，通入甲醛气体，浓度为0.4g/m3。
步骤8：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液12000r/min离心5min以去除光催化剂的影响，通过甲醛检测仪标定甲醛浓度的变化。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒降解甲基橙的浓度变化如图5(a)。如图5(a)所示，可见光下降解甲基橙(浓度为10-4mol/L)的效率：15分钟：26％；30分钟：45％；45分钟：70％；60分钟：92％；75分钟：100％；90分钟：100％。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒分解甲醛的浓度变化如图5(b)所示。如图5(b)所示，可见光下降解甲醛(0.4g/m3)的效率：15分钟：10％；30分钟：16％；1小时：30％；2小时：45％；4小时：77.5％；6小时：99.5％。
实施例5
步骤1：以物质的量的比为4:1:0.5称取TiO2，Ce2O3，Cu2O并且混溶，取6g三种物质混溶后的混合物溶于60g去离子水中，置于球磨机中球磨4h，得到悬浮液后，取出底层颗粒在60℃烘干，再加入60g去离子水，置于球磨机中球磨4h，使得三种物质的连接更加紧密，后在400℃温度下，通入氢气退火烧结10h，氢气的速率4mL/min，形成TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末。两次球磨中固体混合物和去离子水的质量比例为1:10。
步骤2：将TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末分散在聚丙烯酸中，进行超声震荡10min，形成稳定的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构分散胶体。
步骤3：称取TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结胶体，甲基橙，去离子水，甲基橙浓度为10- 4mol/L，异质结胶体和甲基橙水溶液的质量比为1:100。
步骤4：先通过超声波震荡，使胶体均匀的分散在甲基橙水溶液中。在暗室中搅拌1h以上，达到吸附与被吸附平衡。
步骤5：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液11000r/min离心5min以去除光催化剂的影响，通过紫外-可见光分光光度计检测甲基橙浓度的变化。
步骤6：为了检测该光触媒对甲醛的吸附能力，称取新型异质结胶体、去离子水，比例为1:100，喷洒在1m3的制定区域内。
步骤7：在1m3的制定区域内，通入甲醛气体，浓度为0.4g/m3。
步骤8：在可见光灯的照射下，每隔15min取一次样，将混合溶液11000r/min离心5min以去除光催化剂的影响，通过甲醛检测仪标定甲醛浓度的变化。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒降解甲基橙的浓度变化如图6(a)。如图6(a)所示，可见光下降解甲基橙(浓度为10-4mol/L)的效率：15分钟：20％；30分钟：38％；45分钟：56％；60分钟：78％；75分钟：90％；90分钟：100％。
在可见光灯的照射下，新型纳米TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构光触媒分解甲醛的浓度变化如图6(b)所示。如图6(b)所示，可见光下降解甲醛(0.4g/m3)的效率：15分钟：6.5％；30分钟：12％；1小时：20％；2小时：31％；4小时：62％；6小时：85％；8小时：96％。
对比例1
按照实施例3的实验条件，制备TiO2/Cu2O、TiO2/Ce2O3、Ce2O3/Cu2O三种光触媒，并进行同条件的降解实验。
TiO2/Cu2O与实施例3不同的是：不添加Ce2O3；TiO2/Ce2O3与实施例3不同的是：不添加Cu2O；Ce2O3/Cu2O与实施例3不同的是：不添加TiO2。
将TiO2、TiO2/Cu2O、TiO2/Ce2O3、Ce2O3/Cu2O与实施例3制备得到的TiO2/Ce2O3/Cu2O进行相同的测试，测试结果详见表1和表2。
从表中可得：TiO2单独作为光催化剂，在可见光下基本没有响应，本发明的TiO2/Ce2O3/Cu2O异质结结构的光触媒，较TiO2/Cu2O、TiO2/Ce2O3、Ce2O3/Cu2O的异质结光触媒光催化效果优良，TiO2/Cu2O、TiO2/Ce2O3、Ce2O3/Cu2O的光触媒虽可以进行可见光光催化，但效率不高。
表1.光触媒降解甲基橙的对比结果
表2.光触媒降解甲醛的对比结果
Claims (21)
1.基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述基于三重异质结结构的光触媒包括TiO2、Ce2O3、Cu2O，并且TiO2、Ce2O3、Cu2O紧密连接；
所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比为：1～1.5 : 1: 1～2；
所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法如下：
（a）将TiO2、Ce2O3、Cu2O、水混合均匀，得到悬浮液后，过滤、烘干，得到颗粒A；
（b）将颗粒A与水混合均匀，过滤、烘干，得到颗粒B；
（c）将颗粒B在还原性气体的气氛下400～450℃退火烧结10～20h，形成TiO2 / Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末，所述还原性气体的速率2～5mL/min；
所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法还包括：
（d）将TiO2 / Ce2O3/ Cu2O异质结结构粉末分散在分散剂中，形成稳定的TiO2 / Ce2O3/Cu2O异质结结构胶体。
2.根据权利要求1所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比为： 1:1:1.5。
3.根据权利要求1所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述分散剂为甲醇、乙醇、乙酰丙酮、聚丙烯酸的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述异质结结构胶体中二氧化钛为锐钛矿型，Ce2O3为立方相结构，Cu2O为立方相结构。
5.根据权利要求1或2所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述还原性气体为H2，CO。
6.根据权利要求1或2所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，（a）和（b）所述混合均匀为球磨。
7.根据权利要求6所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述球磨的时间为4～6h。
8.根据权利要求1所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述分散还包括超声10～30min。
9.根据权利要求1或2所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，（a）步骤所述TiO2、Ce2O3、Cu2O或颗粒A均为固体，所述混合的固体和水质量比为1:10。
10.根据权利要求1或2所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述水为去离子水。
11.根据权利要求1或2所述的基于三重异质结结构的光触媒，其特征在于，所述烘干的温度为60～80℃。
12.基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
（a）将TiO2、Ce2O3、Cu2O、水混合均匀，得到悬浮液后，过滤、烘干，得到颗粒A；
（b）将颗粒A与水混合均匀，过滤、烘干，得到颗粒B；
（c）将颗粒B在还原性气体气氛下400～450℃退火烧结10～20h，形成TiO2 / Ce2O3/Cu2O异质结结构粉末，所述还原性气体的速率2～5mL/min；所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比为：1～1.5 : 1: 1～2；
所述基于三重异质结结构的光触媒的制备方法还包括：
（d）将TiO2 / Ce2O3/ Cu2O异质结结构粉末分散在分散剂中，形成稳定的TiO2 / Ce2O3/Cu2O异质结结构胶体。
13.根据权利要求12所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，所述还原性气体为H2，CO。
14.根据权利要求12所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，（a）和（b）所述混合均匀为球磨。
15.根据权利要求14所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，所述球磨的时间为4～6h。
16.根据权利要求12所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，所述TiO2、Ce2O3、Cu2O的摩尔比为：1:1:1.5。
17.根据权利要求12所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，所述分散还包括超声10～30min。
18.根据权利要求12所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，所述分散剂为甲醇、乙醇、乙酰丙酮、聚丙烯酸的一种或几种的混合。
19.根据权利要求12所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，（a）步骤所述TiO2、Ce2O3、Cu2O或颗粒A均为固体，所述混合的固体和水质量比为1:10。
20.根据权利要求12所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，所述水为去离子水。
21.根据权利要求12所述的基于三重异质结结构的光触媒的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为60～80℃。
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- 2019-12-06 CN CN201911241131.8A patent/CN110882699B/zh active Active
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| CN110882699A (zh) | 2020-03-17 |
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