本發明涉及光催化技術領域，尤其是涉及一種可提高光電轉化效率的二氧化鈦體-表兩相缺陷的優化方法。

背景技術：

VOCs(揮發性有機污染物，Volatile Organic Compounds)能與大氣中氮氧化合物反應形成光化學煙霧，并伴隨著異味，且是霧霾的前體物質，具有“三致”效應，嚴重影響人體健康。而光催化氧化技術作為一種能耗低、綠色環保的VOCs治理技術，其中以二氧化鈦為代表的光催化劑以穩定性高、廉價無毒等優點備受關注，所以以二氧化鈦為光催化劑的光催化技術具有廣泛的應用前景。但現有的二氧化鈦光催化劑存在光電轉化效率低，光催化效率低的缺點，而且主要原因是現有的二氧化鈦顆粒體相缺陷和表面缺陷會在材料處理過程中同步生成和同步消失，由于缺陷會成為光生電荷復合的中心，所以體相缺陷會使二氧化鈦光催化劑光電轉化效率降低，而表面缺陷能使光生電荷遷移到材料表面與污染物發生反應。為了減少二氧化鈦光催化劑體相缺陷，同時保留或增多二氧化鈦光催化劑表面缺陷，需要開發相應二氧化鈦的改性方法，增強其光電轉化效率。

技術實現要素：

針對現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種二氧化鈦體-表兩相缺陷的優化方法。本發明制備的材料同時具有較少的體相缺陷和較多的表面缺陷，可以顯著提高二氧化鈦光催化劑的光電轉化效率。

本發明的技術方案如下：

一種二氧化鈦體-表兩相缺陷的優化方法，該方法包括以下步驟：

(1)將無水乙醇與氨水混合，其中乙醇與氨的摩爾比是1:5～100；

(2)將晶體二氧化鈦與步驟(1)所得溶液以質量之比為1:2000～1:50混合，超聲震蕩0.1～5h，形成二氧化鈦懸濁液；

(3)在激烈攪拌的條件下，將正硅酸乙酯在1～150min內緩慢滴入步驟(2)所得懸濁液中，其中正硅酸乙酯與步驟(2)所得懸濁液的質量之比為1:1000～1:10；

(4)將步驟(3)所得懸濁液在10℃～100℃條件下攪拌1～50h；

(5)將步驟(4)所得懸濁液離心或過濾，離心或過濾后所得固體水洗2～4次，無水乙醇洗1～4次，自然風干或烘干得固體粉末；

(6)將步驟(5)所得固體粉末在350℃～1200℃加熱條件下煅燒1～300min；

(7)將步驟(6)所得固體加入氫氟酸溶液中攪拌反應1～72h離心或過濾棄上清液，其中氫氟酸溶液與固體的質量比為5～200:1；

(8)將步驟(7)離心或過濾后得到的固體水洗至pH值為6～8，離心或過濾，自然風干或烘干得高光電轉化效率的二氧化鈦材料。

2、步驟(2)所述晶體二氧化鈦可以是銳鈦礦型、金紅石型或銳鈦礦與金紅石的混晶，粒徑范圍為10-1000nm。

3、步驟(1)所述氨水為20～30wt％的氨水溶液。

4、步驟(5)和步驟(8)所述的水為超純水、去離子水或蒸餾水。

5、步驟(7)所述氫氟酸溶液為1～10wt％的氫氟酸溶液。

6、制備得到的高光電轉化效率二氧化鈦材料的應用，其特征在于可用于降解有機污染物。

本發明有益的技術效果在于：

本發明制備得到的高光電轉化效率二氧化鈦材料同時具有較少的體相缺陷和較多的表面缺陷，而傳統方法合成的二氧化鈦材料同時具有較少的體相和表面缺陷或同時具有較多的體相和表面缺陷。本發明創新性的利用了二氧化鈦和二氧化硅晶體相變溫度的差異，在優化二氧化鈦體相晶格，減少其體相缺陷的同時保留了二氧化鈦顆粒表面的缺陷位點，使得大部分光生電子和空穴遷移到表面與表面吸附的有機污染物發生反應，從而達到凈化VOCs的目的。

本發明制備得到的高光電轉化效率二氧化鈦材料同時具有較少的體相缺陷和較多的表面缺陷，光催化降解性能相較于傳統晶體二氧化鈦有明顯提升，可實現在較短停留時間條件下對氣態有機污染物的高效降解，符合工業廢氣和臭氣等氣體污染凈化的實際要求。

本發明制備得到的高光電轉化效率二氧化鈦材料可應用于工業廢氣凈化，例如：以材料為核心制備廢氣凈化組件，安裝于尾氣處理裝置，可用于治理制藥、涂裝、噴漆、橡膠等行業廢氣；安裝于臭氣收集裝置尾部，則可實現臭氣凈化以及殺滅臭氣中的病菌，保護人體健康。該材料能廣泛用于各類有VOCs和臭氣排放的工廠，在VOCs氣體凈化領域具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為實例1所制備的高光電轉化效率二氧化鈦材料與混晶二氧化鈦(P25)對甲苯的去除曲線對比圖；

圖2為實例1所制備的高光電轉化效率二氧化鈦材料與混晶二氧化鈦(P25)的表面光電壓譜對比圖；

圖3為實例1所制備的高光電轉化效率二氧化鈦材料的透射電鏡照片；

圖4為實例1所制備的混晶二氧化鈦(P25)的透射電鏡照片。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明進行具體描述。

實施例1

將無水乙醇和氨水混合，其中乙醇與氨水的摩爾比是50:1。將銳鈦型和金紅石型混晶二氧化鈦(P25，80％銳鈦礦型和20％金紅石型)投加到所得溶液中，超聲震蕩20min，形成質量比為1:400的懸濁液。將與懸濁液質量比為1:64的正硅酸乙酯30min緩慢滴入所得懸濁液中，將所得懸濁液離心并水洗2次，乙醇洗2次，將所得固體自然風干或烘干。將所得固體700℃加熱30min，得到固體粉末。在激烈攪拌條件下，將制得的固體粉末加入到與其質量比為16:1的氫氟酸溶液中形成懸濁液，懸濁液攪拌48h。將所得懸濁液離心后得到的固體水洗至pH為7，離心，自然風干或烘干得高光電轉化效率二氧化鈦材料。

上述實施例所用的氨水為2wt％的氨水。上述步驟中所用氫氟酸為5wt％的氫氟酸溶液。

圖1為實例2所制備的高光電轉化效率二氧化鈦材料與混晶二氧化鈦(P25)對甲苯的去除曲線對比圖。從圖中可以看出，在相同條件下，高光電轉化效率二氧化鈦完全去除甲苯的時間比混晶二氧化鈦(P25)大大縮短。說明高光電轉化效率二氧化鈦具有更好的甲苯凈化效果。

圖2為實例2所制備的高光電轉化效率二氧化鈦材料與混晶二氧化鈦(P25)的表面光電壓譜對比圖。從圖中可以看出，在相同條件下，高光電轉化效率二氧化鈦的表面光電壓明顯高于混晶二氧化鈦(P25)，說明高光電轉化效率二氧化鈦的光電轉化效率顯著高于混晶二氧化鈦(P25)，具有更優異的光催化性能。

實施例2

將無水乙醇和氨水混合，其中乙醇與氨水的摩爾比是65:1。將銳鈦型和金紅石型混晶二氧化鈦(P25，80％銳鈦礦型和20％金紅石型)投加到所得溶液中，超聲震蕩15min，形成質量比為1:2000的懸濁液。將與懸濁液質量比為1:320的正硅酸乙酯10min緩慢滴入所得懸濁液中，將所得懸濁液離心并水洗3次，乙醇洗2次，將所得固體自然風干或烘干。將所得固體700℃加熱30min，得到固體粉末。在激烈攪拌條件下，將制得的固體粉末加入到與其質量比為125:1的氫氟酸溶液中形成懸濁液，懸濁液攪拌48h。將所得懸濁液離心后得到的固體水洗至pH為7，離心，自然風干或烘干得高光電轉化效率二氧化鈦材料。

上述實施例所用的氨水為2wt％的氨水。上述步驟中所用氫氟酸為1wt％的氫氟酸溶液。

實施例3

將無水乙醇和氨水混合，其中乙醇與氨水的摩爾比是100:1。將銳鈦型二氧化鈦投加到所得溶液中，超聲震蕩10min，形成質量比為1:500的懸濁液。將與懸濁液質量比為1:32的正硅酸乙酯30min緩慢滴入所得懸濁液中，將所得懸濁液離心并水洗2次，乙醇洗2次，將所得固體自然風干或烘干。將所得固體700℃加熱30min，得到固體粉末。在激烈攪拌條件下，將制得的固體粉末加入到與其質量比為8:1的氫氟酸溶液中形成懸濁液，懸濁液攪拌24h。將所得懸濁液離心后得到的固體水洗至pH為6.5，離心，自然風干或烘干得高光電轉化效率二氧化鈦材料。

上述實施例所用的氨水為5wt％的氨水。上述步驟中所用氫氟酸為10wt％的氫氟酸溶液。

實施例4

將無水乙醇和氨水混合，其中乙醇與氨水的摩爾比是80:1。將銳鈦型和金紅石型混晶二氧化鈦(P25，80％銳鈦礦型和20％金紅石型)投加到所得溶液中，超聲震蕩20min，形成質量比為1:1000的懸濁液。將與懸濁液質量比為1:32的正硅酸乙酯30min緩慢滴入所得懸濁液中，將所得懸濁液離心并水洗3次，乙醇洗2次，將所得固體自然風干或烘干。將所得固體600℃加熱30min，得到固體粉末。在激烈攪拌條件下，將制得的固體粉末加入到與其質量比為20:1的氫氟酸溶液中形成懸濁液，懸濁液攪拌36h。將所得懸濁液離心后得到的固體水洗至pH為7，離心，自然風干或烘干得高光電轉化效率二氧化鈦材料。

上述實施例所用的氨水為2wt％的氨水。上述步驟中所用氫氟酸為2wt％的氫氟酸溶液。

實施例5

將無水乙醇和氨水混合，其中乙醇與氨水的摩爾比是80:1。將銳鈦型和金紅石型混晶二氧化鈦(P25，80％銳鈦礦型和20％金紅石型)投加到所得溶液中，超聲震蕩60min，形成質量比為1:400的懸濁液。將與懸濁液質量比為1:32的正硅酸乙酯60min緩慢滴入所得懸濁液中，將所得懸濁液離心并水洗4次，乙醇洗2次，將所得固體自然風干或烘干。將所得固體900℃加熱30min，得到固體粉末。在激烈攪拌條件下，將制得的固體粉末加入到與其質量比為32:1的氫氟酸溶液中形成懸濁液，懸濁液攪拌72h。將所得懸濁液離心后得到的固體水洗至pH為6.5，離心，自然風干或烘干得高光電轉化效率二氧化鈦材料。

上述實施例所用的氨水為2wt％的氨水。上述步驟中所用氫氟酸為5wt％的氫氟酸溶液。