一种复合光触媒溶胶及其制备方法

摘要

本发明公开了一种复合光触媒溶胶，其特征在于，其由纳米掺杂氧化物溶胶和二氧化钛纳米溶胶制成，其中，所述纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶的摩尔比为1∶1～64。本发明还公开了该复合光触媒溶胶的制备方法。本发明的有益效果是：复合光触媒溶胶，粒径均一，分散性好，稳定性高。通过复合两种能级匹配的半导体，获得了较高的量子效率，提高了材料的光催化性能。提高了复合溶胶的导电性，获得高效的电子的传输性能和抗静电性能。制备条件温和，制备工艺简单，具有广泛的应用前景。

权利要求

1.一种复合光触媒溶胶，其特征在于，其由纳米掺杂氧化物溶胶和二氧化钛纳米溶胶制成，其中，所述纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶的摩尔比为1: 1~64，所述纳米掺杂氧化物溶胶为掺氟氧化锡溶胶，掺锑氧化锡溶胶，氟锑共掺杂氧化锡溶胶，氧化铟锡溶胶其中一种；复合光触媒溶胶pH值为6~8；复合溶胶的粒径分布为10~20 nm；复合溶胶的固含量为10~30 wt%；

复合光触媒溶胶的制备方法包括以下步骤：

（1）按摩尔比为1: 1~64，分别称量纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶；

（2）将步骤（1）所称量的纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶混合，并分散到水中；

（3）将步骤（2）所制得的水溶液，移至高压反应釜中，在100~200℃条件下，反应10~18小时，得到复合光触媒溶胶。

说明书

一种复合光触媒溶胶及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米溶胶催化材料及其制备领域，具体涉及一种复合光触媒溶胶，及该复合光触媒溶胶的制备方法。

背景技术

[0002] 人类在享受着工业文明带来的优越物质生活的同时，也在品尝其带来的环境污染的恶果，尤其是发展中国家最为严重。世界各国的科学家们经过不懈的努力，发现二氧化钛溶胶具有无毒、杀菌、自清洁、光降解有机污染物等功效。然而其较窄的禁带宽度限制了其光响应范围且电子空穴易复合，抑制了其光催化活性。

[0003] 为了进一步提高溶胶的催化活性，研究者提出了多种改性方案。研究员经过大量实验发现，不同氧化物的导电位置不同，光电子会注入较低的导带，使光生电子-空穴有效分离，从而提高光催化活性。导电溶胶，因其优良的电子传输性能，可有效促进半导体光生载流子的分离，受到了研究者的广泛关注。浙江大学中请的，公开号为101032686的专利涉及了一种氧化锡氧化钛原位复合溶胶的制备方法，使复合溶胶具有有效增强的催化效果。氧化锡纳米材料，具有粒径小，比表面积大的优点，但其较低的导电率，极大限制了其光电性能的发展。施利毅课题组中请公开一种纳米掺杂氧化锡导电溶胶的制备方法专利公开号
101580270，通过离子掺杂，成功调控了氧化锡的非化学计量比性缺陷，达到了优化光电性能的目的。本发明在此基础上设计纳米掺杂氧化物导电溶胶与二氧化钛复合光触媒溶胶，利用导电溶胶的高效电子传输性能，配合半导体复合异质结构优秀的光生电子空穴分离能力，有效提高了复合溶胶的光催化活性。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种复合光触媒溶胶，通过复合两种能级匹配的半导体，获得较高的量子效率，提高材料的光催化性能。本发明还提供该复合光触媒溶胶的制备方法。

[0005] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

[0006] 一种复合光触媒溶胶，其由纳米掺杂氧化物溶胶和二氧化钛纳米溶胶制成，其中，所述纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶的摩尔比为1∶1～64。

[0007] 所述二氧化钛纳米溶胶的制备方法，参照公开号为101791546A的专利中，所记载的技术方案。

[0008] 所述纳米掺杂氧化物溶胶为掺氟氧化锡溶胶，掺锑氧化锡溶胶，氟锑共掺杂氧化锡溶胶，氧化铟锡溶胶其中一种。

[0009] 所述纳米掺杂氧化物溶胶为掺氟氧化锡溶胶，掺锑氧化锡溶胶，氟锑共掺杂氧化锡溶胶和氧化铟锡溶胶的制备方法，参照公开号为101580270A的专利中，所记载的技术方案。

[0010] 复合光触媒溶胶pH值为6～8。

[0011] 复合溶胶的粒径分布为10～20nm。

[0012] 复合溶胶的固含量为10～30wt％。

[0013] 一种上述复合光触媒溶胶的制备方法，其包括以下步骤：

[0014] (1)按摩尔比为1∶1～64，分别称量纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶；

[0015] (2)将步骤1所称量的纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶混合，并分散到水中；

[0016] (3)将步骤(2)所制得的水溶液，移至高压反应釜中，在100～200℃条件下，反应10～18小时，得到复合光触媒溶胶。

[0017] 所述纳米掺杂氧化物溶胶为掺氟氧化锡溶胶，掺锑氧化锡溶胶，氟锑共掺杂氧化锡溶胶，氧化铟锡溶胶其中一种。

[0018] 所述复合光触媒溶胶pH值为6～8。

[0019] 所述复合溶胶的粒径分布为10～20nm。

[0020] 所述复合溶胶的固含量为10～30wt％。

[0021] 本发明的有益效果是：

[0022] (1)本方法制备的复合光触媒溶胶，粒径均一，分散性好，稳定性高。

[0023] (2)本发明方法制备的复合光触媒溶胶，通过复合两种能级匹配的半导体，获得了较高的量子效率，提高了材料的光催化性能。

[0024] (3)本发明方法制备的复合光触媒溶胶，提高了复合溶胶的导电性，获得高效的电子的传输性能和抗静电性能。

[0025] (4)本发明制备条件温和，制备工艺简单，具有广泛的应用前景。

附图说明

[0026] 图1为实例2中FTO/TiO2复合光触媒溶胶的XRD图。

[0027] 图2为实例2中FTO/TiO2复合光触媒溶胶的TEM图。

具体实施方式

[0028] 实施例1：本实施例提供的复合光触媒溶胶，其由纳米掺杂氧化物溶胶和二氧化钛纳米溶胶制成，其中，所述纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶的摩尔比为1∶1～64。

[0029] 所述纳米掺杂氧化物溶胶为掺氟氧化锡溶胶，掺锑氧化锡溶胶，氟锑共掺杂氧化锡溶胶，氧化铟锡溶胶其中一种。

[0030] 复合光触媒溶胶pH值为6～8。

[0031] 复合溶胶的粒径分布为10～20nm。

[0032] 复合溶胶的固含量为10～30wt％。

[0033] 一种上述复合光触媒溶胶的制备方法，其包括以下步骤：

[0034] (1)按摩尔比为1∶1～64，分别称量纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶；

[0035] (2)将步骤1所称量的纳米掺杂氧化物溶胶与二氧化钛纳米溶胶混合，并分散到水中；

[0036] (3)将步骤(2)所制得的水溶液，移至高压反应釜中，在100～200℃条件下，反应10～18小时，得到复合光触媒溶胶。

[0037] 所述纳米掺杂氧化物溶胶为掺氟氧化锡溶胶，掺锑氧化锡溶胶，氟锑共掺杂氧化锡溶胶，氧化铟锡溶胶其中一种。

[0038] 所述复合光触媒溶胶pH值为6～8。

[0039] 所述复合溶胶的粒径分布为10～20nm。

[0040] 所述复合溶胶的固含量为10～30wt％。

[0041] 实施例2：参见图1和图2，本实施例提供一种复合光触媒溶胶及其制备方法，其组分和步骤均与实施例1相同，其不同之处在于，

[0042] 一种复合光触媒溶胶，其由氟掺杂氧化锡纳米溶胶和二氧化钛纳米溶胶制成，其中，所述氟掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶的摩尔比为1∶16。

[0043] 一种上述复合光触媒溶胶的制备方法，其包括以下步骤：

[0044] (1)按摩尔比为1∶16，分别称量氟掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶；

[0045] (2)将步骤1所称量的氟掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶混合，并分散到水中；

[0046] (3)将步骤(2)所制得的水溶液，移至高压反应釜中，在180℃条件下，反应15小时，得到复合光触媒溶胶。

[0047] 所述复合光触媒溶胶pH值为7。

[0048] 所述复合溶胶的粒径分布为10nm。

[0049] 所述复合溶胶的固含量为20wt％。

[0050] XRD图谱表明复合溶胶是由锐钛矿相TiO2和金红石型掺氟SnO2，光催化结果表明，当光催化反应进行6h时，同二氧化钛溶胶光降解结果相比，复合溶胶对目标物的降解率提高14％。

[0051] 实施例3：本实施例提供一种复合光触媒溶胶及其制备方法，其组分和步骤均与实施例1、2相同，其不同之处在于，

[0052] 一种复合光触媒溶胶，其由锑掺杂氧化锡纳米溶胶和二氧化钛纳米溶胶制成，其中，所述锑掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶的摩尔比为1∶1。

[0053] 一种上述复合光触媒溶胶的制备方法，其包括以下步骤：

[0054] (1)按摩尔比为1∶1，分别称量锑掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶；

[0055] (2)将步骤1所称量的锑掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶混合，并分散到水中；

[0056] (3)将步骤(2)所制得的水溶液，移至高压反应釜中，在150℃条件下，反应10小时，得到复合光触媒溶胶。

[0057] 所述复合光触媒溶胶pH值为6。

[0058] 所述复合溶胶的固含量为10wt％。

[0059] 实施例4：本实施例提供一种复合光触媒溶胶及其制备方法，其组分和步骤均与实施例1、2、3相同，其不同之处在于，

[0060] 一种复合光触媒溶胶，其由氟锑共掺杂氧化锡纳米溶胶和二氧化钛纳米溶胶制成，其中，所述氟锑共掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶的摩尔比为1∶32。

[0061] 一种上述复合光触媒溶胶的制备方法，其包括以下步骤：

[0062] (1)按摩尔比为1∶32，分别称量氟锑共掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶；

[0063] (2)将步骤1所称量的氟锑共掺杂氧化锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶混合，并分散到水中；

[0064] (3)将步骤(2)所制得的水溶液，移至高压反应釜中，在100℃条件下，反应12小时，得到复合光触媒溶胶。

[0065] 所述复合光触媒溶胶pH值为8。

[0066] 所述复合溶胶的固含量为15wt％。

[0067] 实施例5：本实施例提供一种复合光触媒溶胶及其制备方法，其组分和步骤均与实施例1、2、3、4相同，其不同之处在于，

[0068] 一种复合光触媒溶胶，其由氧化铟锡纳米溶胶和二氧化钛纳米溶胶制成，其中，所述氧化铟锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶的摩尔比为1∶64。

[0069] 一种上述复合光触媒溶胶的制备方法，其包括以下步骤：

[0070] (1)按摩尔比为1∶64，分别称量氧化铟锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶；

[0071] (2)将步骤1所称量的氧化铟锡纳米溶胶与二氧化钛纳米溶胶混合，并分散到水中；

[0072] (3)将步骤(2)所制得的水溶液，移至高压反应釜中，在200℃条件下，反应18小时，得到复合光触媒溶胶。

[0073] 所述复合光触媒溶胶pH值为7。

[0074] 所述复合溶胶的固含量为20wt％。

[0075] 上述实施例1～5中，所述二氧化钛纳米溶胶的制备方法，参见公开号为101791546A的专利中，所记载的技术方案。

[0076] 一种混晶纳米二氧化钛水溶胶光催化剂的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：将钛前驱体与晶型导向剂锆盐按锆盐与钛前驱体所含二氧化钛的摩尔比为1：(0.005～0.1)的比例溶于碱溶液中进行水解，得到沉淀；该沉淀经过滤、洗涤至直到滤液的电导率小于100μS/cm；将洗涤后的沉淀加入到酸溶液中，并控制溶液的pH＜5，然后在
60～100℃温度下进行胶解10～60分钟，将经胶解的溶液在120～180C温度下进行水热反应12～24小时；除去水热后产物中的杂质离子，至产物的电导率小于100pS/cm，得混晶纳米二氧化钛水溶胶光催化剂。

[0077] 上述实施例1～5中，所述掺氟氧化锡溶胶，掺锑氧化锡溶胶，氟锑共掺杂氧化锡溶胶和氧化铟锡纳米溶胶的制备方法，参见公开号为101580270A的专利中，所记载的技术方案。

[0078] a.掺氟SnO2溶胶的制备：以锡盐为主体材料，以氟化物为掺杂剂，锡与氟的摩尔质量比，即Sn∶F＝1：0.1～0.8；将两者分别溶解于去离子水中，配成一定浓度的溶液；在不断搅拌下加入NH3·H2O或NaOH碱溶液，调节pH值至6～8，反应生成沉淀，经静置陈化，将得到的沉淀进行涤以除去杂质离子；然后在所述沉淀中加入一定量的去离子水，接着在低温下滴入双氧水或草酸解胶，然后逐渐升温，回流2-4小时；然后再加入上述一定量的掺杂剂氟化物，并在120～160℃下水热20～30小时：将得到的产物离心洗涤或真空抽滤洗涤，直到滤液的电导率小于100μS/cm；再将产物溶于一定量的去离子水中进行超声分散，最终得到纳米掺氟氧化锡溶胶；所述的锡盐为Sn(NO3)4，Sn(SO4)2，SnCl4或SnCl2中的任一种；所述的氟化物为NH4F或HF中的任一种；

[0079] b.掺锑SnO2溶胶的制备：以锡盐为主体材料，以三氯化锑为掺杂剂，锡与锑的摩尔质量比，即Sn∶Sb＝1∶0.01～0.05；将两者分别溶解于去离子水中，配成一定浓度的溶液；在不断搅拌下加入NH3·H2O或NaOH碱溶液，调节pH值至6～8；反应生成沉淀，静置陈化，将得到的沉淀进行涤以除去杂质离子；然后在所述沉淀中加入一定量的去离子水，接着在低温下滴入双氧水或草酸解胶，然后逐渐升温，回流3～5小时：然后在140～180℃下水热44～50小时；将得到的产物离心洗涤或真空抽滤洗涤，直到滤液的电导率小于100μS/cm：再将产物溶于一定量的去离子水中进行超声分散，最终得到纳米掺锑氧化锡溶胶；所述的锡盐为Sn(NO3)4，Sn(SO4)2，SnCl4或SnCl2中的任一种；所用的掺杂剂为三氯化锑；

[0080] c.掺锑和氟的SnO2溶胶的制备：以锡盐为主体材料，以氟化物和锑化物为掺杂剂，锡与锑与氟的摩尔质量比，即Sn∶Sb∶F＝1∶0.02：0.1；将其分别溶解于去离子水中，配成一定浓度的溶液，在不断搅拌下加入NH3·H2O或NaOH碱溶液，调节pH值至6～8；反应生成沉淀，静置陈化，将得到的沉淀进行涤以除去杂质离子；然后在所述沉淀中加入一定量的去离子水，接着在低温下滴入双氧水或草酸解胶，然后逐渐升温，回流5～7小时；然后再加入上述一定量的氟化物，并在然后在180～220℃下水热120～150小时；将得到的产物离心洗涤或真空抽滤洗涤，直到滤液的电导率小于100μS/cm；再将产物溶于一定量的去离子水中进行超声分散，最终得到纳米掺锑和氟氧化锡溶胶。

[0081] d.氧化铟锡纳米溶胶的制备方法：以铟盐为主体材料，以锡盐为复合剂，铟与锡的摩尔质量比，即In∶Sn＝9∶1；将两者分别溶解于去离子水中，配成一定浓度的溶液；在不断搅拌下加入NH3·H2O或NaOH碱溶液，调节pH值至6～8，反应生成沉淀，经静置陈化，将得到的沉淀进行涤以除去杂质离子；然后在所述沉淀中加入一定量的去离子水，接着在低温下滴入双氧水或草酸解胶，然后逐渐升温，回流2-4小时；然后再加入上述一定量的锡盐，并在120～160℃下水热20～30小时：将得到的产物离心洗涤或真空抽滤洗涤，直到滤液的电导率小于100μS/cm；再将产物溶于一定量的去离子水中进行超声分散，最终得到纳米氧化铟锡溶胶；所述的铟盐为In(NO3)3或(CH3COO)3In中的任一种；所述的锡盐为Sn(NO3)4，Sn(SO4)2，SnCl4或SnCl2中的任一种。

[0082] 但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明中记载的步骤、组分及应用的其他实施例，及所作的等效变化，均包含在本发明的保护范围内。