一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法

摘要

一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，以钛酸丁酯或四氯化钛为前驱物，以气态磷化氢为还原态P源，紫外光为能源，通过溶胶‑凝胶、离心、干燥等程序制备P掺杂TiO2光催化剂。本发明的优点是：该制备工艺简单，成本低，所得催化剂中P多以间隙P形式存在，有利于提高光生电子‑空穴的分离和在可见光区的催化活性。

权利要求

1.一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：以钛酸丁酯或四氯化钛为前驱物，以气态磷化氢为还原态P源，紫外光为能源，通过溶胶-凝胶、离心、干燥程序制备P掺杂TiO2光催化剂，具体包括如下步骤：

1)将一定体积比的磷化氢/氮气混合气体连续通入体积比为1∶1的乙醇/水混合溶液中；

2)在磁力搅拌和紫外光照射下将一定浓度的钛酸丁酯或四氯化钛的乙醇溶液缓慢加入1)中溶液，氮气保护下继续搅拌2h，50℃下陈化4h，离心后得到的沉淀物于110℃干燥，干燥后研磨成粉末于氮气保护下煅烧2h，制备得到P掺杂TiO2光催化剂；

3)通过X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示，P元素中P3+含量为30-99％。

2.根据权利要求1所述一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：所述磷化氢与氮气的体积比为0.0001-0.015∶1。

3.根据权利要求1所述一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：所述紫外光照射强度为1-100w。

4.根据权利要求1所述一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法为光分解磷化氢氛围下的溶胶-凝胶法。

5.根据权利要求1所述一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，其特征在于：所述煅烧温度为300-600℃。

说明书

一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法。

背景技术

[0002] TiO2因其具有光催化效率高、价格便宜、化学稳定性好、无生物毒性等优点，近年来被广泛应用于环境污染治理和可再生能源领域。但较宽带隙使其只能吸收波长小于387nm紫外光，对太阳能利用率低。通过掺杂非金属元素(如N、B、F、S、P等)，可有效降低TiO2禁带宽度，如P掺杂不仅能抑制锐钛矿型TiO2向金红石相转化，更可拓宽其光响应范围至可见光区，提高对太阳能的利用率。Shi等发现P掺杂TiO2具有比纯TiO2更高的可见光催化性能； Ozaki等制备了多种不同元素改性的TiO2光催化剂发现，P掺杂的TiO2具有最佳光解性能。由此可见，P掺杂可有效提高TiO2的光吸收性能和光催化反应性能。Peng等利用密度泛函理论的第一性原理计算了P掺杂锐钛矿相TiO2的相关性质表明，在富氧条件下，P替代O和P 替代Ti的形成能分别为15.48和1.32eV；而P在特定的间隙位置，最小的形成能为4.13。目前大部分报道以磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸等无机磷盐为P源，通过溶胶-凝胶-煅烧工艺或水热技术进行P的掺杂，所得到的P掺杂形式多为P替代Ti，即以P5+存在，也有间隙原子形式存在(即P3+)。P5+掺杂TiO2的吸收边发生蓝移导致光生电子-空穴对具有更强的氧化还原能力；而可见光下P掺杂提高TiO2光催化活性的原因是，P以间隙式原子存在，形成一条掺杂能级位于TiO2禁带之内，可成为光生电子-空穴对的分离中心，可以延长光生载流子的寿命，在可见光区具有更强的吸收能力。

[0003] 综上所述，为更有效地利用太阳能，创新性研制P掺杂方法，制备间隙P含量更多的P 掺杂TiO2意义重大。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，该方法工艺简单，成本低，所得催化剂中P多以间隙P形式存在，有利于提高光生电子-空穴的分离和在可见光区的催化活性。

[0005] 本发明的技术方案：

[0006] 一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，以钛酸丁酯或四氯化钛为前驱物，以气态磷化氢为还原态P源，紫外光为能源，通过溶胶-凝胶、离心、干燥程序制备P掺杂TiO2光催化剂，具体包括如下步骤：

[0007] 1)将一定体积比的磷化氢/氮气混合气体连续通入体积比为1∶1的乙醇/水混合溶液中。

[0008] 2)在磁力搅拌和紫外光照射下将一定浓度的钛酸丁酯或四氯化钛的乙醇溶液缓慢加入1) 中溶液，氮气保护下继续搅拌2h，50℃下陈化4h，离心后得到的沉淀物于110℃干燥，干燥后研磨成粉末于氮气保护下煅烧2h，制备得到P掺杂TiO2光催化剂。

[0009] 3)通过X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示，P元素中P3+含量为30-99％。

[0010] 所述磷化氢与氮气的体积比为0.0001-0.015∶1。

[0011] 所述紫外光照射强度为1-100w。

[0012] 所述制备方法为光分解磷化氢氛围下的溶胶-凝胶法。

[0013] 所述煅烧温度为300-600℃。

[0014] 本发明的优点是：制备工艺简单，成本低，所得P掺杂TiO2光催化剂中P多以间隙P存在，有效提高其光生电子-空穴的分离和在可见光区的催化活性，有利于提高对太阳能的利用率。

具体实施方式

[0015] 下面结合实施例对本发明进一步说明，但是它们并不是对本发明作任何限制。这里仅指出，本发明中使用的试剂和测试设备除特别标明出处之外，均为市售的通用产品。

[0016] 实施例1：

[0017] 一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

[0018] 1)将体积比为0.005∶1的磷化氢/氮气混合气体连续通入体积比为1∶1的100ml乙醇/水混合溶液中。

[0019] 2)在磁力搅拌和10w紫外光照射下将10ml浓度为15％的钛酸丁酯或四氯化钛的乙醇溶液缓慢加入1)中溶液，氮气保护下继续搅拌2h，50℃下陈化4h，离心后得到的沉淀物于110℃干燥，干燥后研磨成粉末于氮气保护下500℃煅烧2h，制备得到P掺杂TiO2光催化剂。

[0020] 3)通过X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示，P元素中P3+含量为60％。

[0021] 实施例2：

[0022] 一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

[0023] 1)将体积比为0.010∶1的磷化氢/氮气混合气体连续通入体积比为1∶1的100ml乙醇/水混合溶液中。

[0024] 2)在磁力搅拌和50w紫外光照射下将20ml浓度为10％的钛酸丁酯或四氯化钛的乙醇溶液缓慢加入1)中溶液，氮气保护下继续搅拌2h，50℃下陈化4h，离心后得到的沉淀物于110℃干燥，干燥后研磨成粉末于氮气保护下400℃煅烧2h，制备得到P掺杂TiO2光催化剂。

[0025] 3)通过X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示，P元素中P3+含量为75％。

[0026] 实施例3：

[0027] 一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

[0028] 1)将体积比为0.002∶1的磷化氢/氮气混合气体连续通入体积比为1∶1的100ml乙醇/水混合溶液中。

[0029] 2)在磁力搅拌和100w紫外光照射下将30ml浓度为8％的钛酸丁酯或四氯化钛的乙醇溶液缓慢加入1)中溶液，氮气保护下继续搅拌2h，50℃下陈化4h，离心后得到的沉淀物于110℃干燥，干燥后研磨成粉末于氮气保护下300℃煅烧2h，制备得到P掺杂TiO2光催化剂。

[0030] 3)通过X射线光电子能谱(XPS)分析结果显示，P元素中P3+含量为90％。

[0031] 本发明公开一种新型P掺杂TiO2光催化剂的制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变工艺路线等环节实现，尽管本发明的方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容与范围内对本文所述的方法进行改动或重新组合，来实现最终结果。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明的内容和范围。