一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法技术

一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法属于TiO2光催化剂制备技术领域，解决了现有含N石墨烯量子点二氧化钛催化剂中N掺杂石墨烯量子点占比小，制备方法复杂的问题，本发明专利技术通过一锅法制备，利用高沸点吸水性溶剂控制了钛酸丁酯的水解速度，然后Ti

【技术实现步骤摘要】
一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法


[0001]本专利技术属于TiO2光催化剂制备
，特别是涉及一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法。

技术介绍

[0002]基于TiO2的光催化剂被广泛应用于环境治理、二氧化碳还原、有机物降解等诸多应用中。但TiO2具有宽的带隙，且光生电子空穴容易复合，给TiO2的实际应用带来了很大的阻力。为了克服这两个问题，N掺杂TiO2，黑色TiO2被视为拓宽其光吸收的有效方法。但是空气中的含氧物质，如：氧气、水等很容易填补由N掺杂与氢化引入的氧空位，从而降低了光催化活性。另外，氧化TiO2与构造多晶面TiO2被认为是促进电子空穴分离的有效方法，但是并没有改善TiO2对可见光与近红外光的利用。
[0003]比如专利申请号201610776395.3，专利名称为一种氮掺杂石墨烯量子点/介孔二氧化钛光催化剂及其制备方法，先利用柠檬酸和尿素制备含N石墨烯量子点，然后将其在钛酸异丙酯水解过程中加入含N石墨烯量子点溶液，然后焙烧结晶从而制备含N石墨烯量子点二氧化钛光催化剂。这种方式由于钛酸丁酯的快速剧烈水解导致含N石墨烯量子点低，大部分都在5％以下，不能满足使用要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有含N石墨烯量子点二氧化钛催化剂中N掺杂石墨烯量子点占比小，制备方法复杂的问题，提出了一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法，本方法采用一锅法制备，省去煅烧结晶的步骤，制备的复合催化剂中N掺杂含量高且能够把近红外光转换成TiO2可利用的短波光。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法，按照以下步骤进行：
[0006]步骤1)将50
‑
100mL乙二醇，10
‑
15mL钛酸四丁酯，0.1
‑
0.5g多胺与0.05
‑
2g柠檬酸共加入250mL的三颈烧瓶中，常温搅拌1
‑
2h；
[0007]步骤2)将搅拌完成后的溶液150
‑
200℃油浴回流36
‑
48h；
[0008]步骤3)待步骤2)中的反应物冷却至室温后离心分离，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，置于烘箱中50
‑
100℃烘干6
‑
12h，制得UN
‑
GQDs
‑
TiO2复合光催化剂。
[0009]优选的，步骤1)将80mL乙二醇，13mL钛酸四丁酯，0.4g多胺与1.5g柠檬酸共加入250mL的三颈烧瓶中，常温搅拌1
‑
2h；
[0010]步骤2)将搅拌完成后的溶液150
‑
200℃油浴回流36
‑
48h；
[0011]步骤3)待步骤2)中的反应物冷却至室温后离心分离，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，置于烘箱中50
‑
100℃烘干6
‑
12h，制得UN
‑
GQDs
‑
TiO2复合光催化剂。
[0012]优选的，步骤1)将60mL乙二醇，11mL钛酸四丁酯，0.3g多胺与0.8g柠檬酸共加入250mL的三颈烧瓶中，常温搅拌1
‑
2h；
[0013]步骤2)将搅拌完成后的溶液150
‑
200℃油浴回流36
‑
48h；
[0014]步骤3)待步骤2)中的反应物冷却至室温后离心分离，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，置于烘箱中50
‑
100℃烘干6
‑
12h，制得UN
‑
GQDs
‑
TiO2复合光催化剂。
[0015]优选的，所述步骤1)中的乙二醇可以采用丙三醇或DMF代替。
[0016]优选的，在步骤1)中同时加入0.01
‑
0.1g过渡金属盐。
[0017]优选的，所述过渡金属盐为硫酸铜，或为硫酸铁。
[0018]本专利技术的优点及其积极效果是：本专利技术的制备过程选用高沸点吸水性溶剂，一方面由于高沸点溶剂的选择，省去了传统TiO2制备过程中煅烧结晶的步骤，节能且减少反应步骤。另一方面由于溶剂的吸水性，缓慢捕捉空气中水分的特征，控制了钛酸丁酯的水解速度，避免了钛酸丁酯(四氯化钛等钛源)剧烈水解造成N含量掺杂含量低的问题，本专利技术制备的氮掺杂石墨烯碳量子点占比能达到8
‑
12％。
[0019]首先Ti
4+
与多胺生成稳定的配合物，随后多胺边缘N与柠檬酸反应生成N掺杂石墨烯碳量子点，使得N掺杂量增多且稳定的掺杂进TiO2晶粒间，高的掺N比使得TiO2中光生电子的跃迁方式发生改变(由O2p到Ti3d变为了由N2p到Ti3d)，减小了带隙。另一方面有机N的掺杂，扰乱了TiO2的晶格，使得很多缺陷产生，促进了光生电子的转移。另外，还可以在制备过程中加入Cu,Fe等过渡金属盐促进TiO2晶格混乱，增加掺N位点，进一步提升掺N比例。
附图说明
[0020]图1为UN
‑
GQDs
‑
TiO2与锐钛矿的紫外可见光漫反射图谱。
[0021]图2为不同波长下光催化降解染料废水实验。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0023]实施例1
[0024]一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法，按照以下步骤进行：
[0025]步骤1)将80mL乙二醇，13mL钛酸四丁酯，0.4g二乙烯三胺与1.5g柠檬酸共加入250mL的三颈烧瓶中，常温搅拌1
‑
2h；
[0026]步骤2)将搅拌完成后的溶液150
‑
200℃油浴回流36
‑
48h；
[0027]步骤3)待步骤2)中的反应物冷却至室温后离心分离，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，置于烘箱中50
‑
100℃烘干6
‑
12h，制得UN
‑
GQDs
‑
TiO2复合光催化剂。
[0028]实施例二
[0029]一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法，按照以下步骤进行：
[0030]步骤1)将60mL乙二醇，11mL钛酸四丁酯，0.3g三乙烯四胺与0.8g柠檬酸共加入250mL的三颈烧瓶中，常温搅拌1
‑
2h；
[0031]步骤2)将搅拌完成后的溶液150
‑
200℃油浴回流36
‑
48h；
[0032]步骤3)待步骤2)中的反应物冷却至室温后离心分离，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，置于烘箱中50本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：步骤1)将50
‑
100mL乙二醇，10
‑
15mL钛酸四丁酯，0.1
‑
0.5g多胺与0.05
‑
2g柠檬酸共加入250mL的三颈烧瓶中，常温搅拌1
‑
2h；步骤2)将搅拌完成后的溶液150
‑
200℃油浴回流36
‑
48h；步骤3)待步骤2)中的反应物冷却至室温后离心分离，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，置于烘箱中50
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100℃烘干6
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12h，制得UN
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GQDs
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TiO2复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种对可见光、近红外光高效利用的复合催化剂制备方法，其特征在于：步骤1)将80mL乙二醇，13mL钛酸四丁酯，0.4g多胺与1.5g柠檬酸共加入250mL的三颈烧瓶中，常温搅拌1
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2h；步骤2)将搅拌完成后的溶液150
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200℃油浴回流36
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48h；步骤3)待步骤2)中的反应物冷却至室温后离心分离，分别用无水乙醇、去离子水洗涤三次，置于烘箱中50
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【专利技术属性】
技术研发人员：李东亮，邓立强，陈慧妍，张漪，郝春燕，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：