铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和光催化应用技术

本发明专利技术公开了铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和光催化应用。本发明专利技术在酸性条件下，通过铋酸钠氧化Rh(III)制备Rh(IV)溶液，并作为前驱体，利用水热合成法，通过原位替换的方式将Rh(IV)掺杂到TiO2材料中进而制备铋和铑共掺杂的TiO2复合材料。该复合材料的颜色与Rh(IV)的掺杂比有关，随着Rh(IV)掺杂比的增大，Bi,Rh

【技术实现步骤摘要】
铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和光催化应用


[0001]本专利涉及光催化及环境治理
，尤其涉及一种含有四价铑离子的可见光催化材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]环境和能源问题把太阳能的利用推到了科学与技术研究前沿，在太阳能利用的各种方案中，光催化实现太阳光能量转化为化学能的过程是一个非常重要的研究领域。光催化也是一种环境友好的环保污染治理技术，通过将太阳能转化为化学能，实现对目标污染物的光降解。TiO2因其无毒、稳定性好和光学性能高成为最受重视和具有广阔应用前景的光催化材料。但其禁带宽度（~3.0eV）较大，限制了TiO2只能利用紫外光，不能有效地利用太阳能，因此研究开发可见光响应的TiO2成为可见光光催化材料的热点。
[0003]近几年，三价铑掺杂的二氧化钛复合材料（Rh(III)-TiO2）和三价铑掺杂的钛酸锶）复合材料（Rh(III)-SrTiO3），由于其可见光催化性能引起研究学者的重视。Rh(IV)（0.600
Å
）具有和TiO2中Ti(IV)相同的电荷和相近的离子半径（0.605
Å
）的离子半径，使其更容易取代Ti(IV)进行掺杂。然而，Rh(IV)掺杂或共掺杂的光催化材料鲜少报道，这主要是因为Rh(IV)的最外层4d5轨道存在一个单电子，使其非常的活泼，导致很难得到稳定的Rh(IV)溶液。因此，研发一种简单易操作的Rh(IV)掺杂可见放催化材料制备方法是国内外研究和技术开发的难点问题。

技术实现思路

[0004]为了降低TiO2的禁带宽度，实现TiO2光催化过程的宽太阳光谱响应，本专利技术提供了一种铋/铑共掺杂二氧化钛（Bi,Rh(IV)-TiO2）的复合材料及其制备方法，具体为铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料及其制备方法和光催化应用。
[0005]本专利技术制备的复合材料为晶态纳米材料，光学禁带宽度相应为2.76―2.90eV，表现出良好的可见光催化性能。而且，本专利技术制备的Bi,Rh-TiO2复合材料中本专利的可见光催化材料在降解乙酸和异丙醇中均表现出优良的催化性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：A、将硝酸溶液、RhCl3溶液和铋酸钠粉末混合，充分搅拌后即得紫色的含有Rh(IV)的溶液，并且硝酸溶液中硝酸的浓度<10mol/L，其中，硝酸溶液、RhCl3和铋酸钠的摩尔比为100~2000：1：2~40；B、将钛酸正丁酯溶于水，加入步骤A制备的含有Rh(IV)的溶液，持续搅拌即得浑浊液，其中，钛酸正丁酯和Rh(IV)的溶液中Rh(IV)的摩尔百分比为0.001%~2.0%；然后，将悬浊液转入反应釜中160~200
ꢀ°
C条件下水热反应8~20小时后即得铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料。
[0007]优选，步骤A的搅拌时间为大于80分钟。
[0008]优选，步骤B所述的将钛酸正丁酯加入水中的方式为逐滴慢慢加入，并不断搅拌20~60 min，使钛酸正丁酯充分发生水解反应。
[0009]优选，步骤B中将制备的铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料依次进行乙醇洗、水洗，然后80℃真空干燥8~12小时后即得。
[0010]上述方法制备的铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料。
[0011]上述铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料作为可见光催化剂的应用。
[0012]优选，所述铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料的应用为降解乙酸/异丙醇的催化剂。
[0013]而且，本专利技术制备的复合材料的颜色与Rh(IV)的掺杂比有关，随着Rh(IV)掺杂比的增大，Bi,Rh-TiO2的颜色也从白色逐渐变为黄色、黄绿、灰色到黑色。
[0014]本专利技术利用Rh(IV)与Ti(IV)非常相近的离子半径和相同的化学价态，通过原位替换的方式将Rh(IV)掺杂到TiO2材料中，进一步的使得TiO2中光学禁带宽度降低到2.76―2.90eV，从而本专利技术Bi,Rh-TiO2复合材料表征出良好的可见光催化性能，能够在可见光条件下催化降解乙酸和异丙醇。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术Bi,Rh-TiO2复合材料制备过程简单，光学禁带宽度相应为2.76―2.90eV，具有良好的可见光催化性能。本专利制备的Bi,Rh(IV)-TiO2复合材料在可见光条件下降解乙酸和异丙醇中均表现出优良的催化性能。
[0016]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0017]附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。
[0018]图1 本专利方法中所制备的Rh(IV)溶液的紫外-可见吸收光谱图。
[0019]图2 不同Rh(IV)掺杂比的Bi,Rh(IV)-TiO2复合材料的粉末颜色。
[0020]图3 Bi,Rh(IV)-TiO2复合材料的SEM图。
[0021]图4 Bi,Rh(IV)-TiO2复合材料的SEM mapping图谱。
[0022]图5 Bi,Rh(IV)-TiO2复合材料的DRS图谱。
[0023]图6 Bi,Rh(IV)-TiO2复合材料降解乙酸的可见光光催化性能(> 400 nm)。
[0024]图7 Bi,Rh(IV)-TiO2复合材料降解异丙醇的可见光催化性能(> 450 nm)。
具体实施方式
[0025]下面将参照附图对本专利技术进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术而仍然实现本专利技术的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。
[0026]为使本专利技术的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于
TiO2粉末DRS光谱显示：与TiO2相比，实施例制备的Bi,Rh(IV)-TiO2的光学禁带宽度约为2.85 eV，在波长为400-600nm范围内存在很宽的光吸收谱带，明显优于商业化的FP6和二氧化钛样品，证明Bi,Rh(IV)-TiO2材料具有优异的可见光吸收特性。
[0034]应用例2对实施例2制备的Bi,Rh(IV)-TiO2粉末可见光催化降解乙酸和异丙醇Bi,Rh(IV)-TiO2材料作为催化剂的催化降解结果如图6、7所示：在波长大于400nm的可见光激发下，相同试验条件下Bi,Rh(IV)-TiO2材料对乙酸的分解产生CO2速率为49.5 μmol/h，明显优于未掺杂的TiO2（31.2 μmol/h），且此性能明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：A、将硝酸溶液、RhCl3溶液和铋酸钠粉末混合，充分搅拌后即得紫色的含有Rh(IV)的溶液，并且硝酸溶液中硝酸的浓度<10mol/L，其中，硝酸溶液、RhCl3和铋酸钠的摩尔比为100~2000：1：2~40；B、将钛酸正丁酯溶于水，加入步骤A制备的含有Rh(IV)的溶液，持续搅拌即得浑浊液，其中，钛酸正丁酯和Rh(IV)的溶液中Rh(IV)的摩尔百分比为0.001%~2.0%；然后，将悬浊液转入反应釜中160~200
ꢀ°
C条件下水热反应8~20小时后即得铋/铑共掺杂二氧化钛复合材料。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树斌，李亚丽，李庆忠，程建波，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：