基于三重异质结结构的光触媒及其制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术所述基于三重异质结结构的光触媒包括TiO

Photocatalyst based on triple heterojunction structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
基于三重异质结结构的光触媒及其制备方法
本专利技术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

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。为解决本专利技术的第一个技术问题，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℃。本专利技术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。为解决本专利技术的第二个技术问题，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.本专利技术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，本专利技术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.本专利技术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.本专利技术的方法利用纳米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为本专利技术实施例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专利技术的第一个技术问题，所述基于三重异质结结构的光触媒包本文档来自技高网...

【技术保护点】
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TiO

【技术特征摘要】
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。


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：1～1.5:1:1～2，优选为1:1:1.5。


3.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TiO2、Ce2O3、Cu2O与分散剂形成稳定的异质结结构胶体；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。


4.根据权利要求1～3任一项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的粒度为30～50nm。


5.根据权利要求1～4任一项所述的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。


6.根据权利要求5所述的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的制备方法还包括：
(d)将TiO2/Ce2O3/Cu2O异...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟东，
申请(专利权)人：四川源景绿能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51