阅读说明：本技术 一种负载二氧化钛的复合光催化剂及其制备方法 (Titanium dioxide-loaded composite photocatalyst and preparation method thereof ) 是由 张云 史俊朋 柳林 于 2021-11-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种负载二氧化钛的复合光催化剂及其制备方法,该复合光催化剂的其成分为均匀包覆TiO-(2)的LiLuGeO-(4)-x％Bi,x取值范围为0.1～4。本发明在丙酮浴条件下使钛酸四钉酯在乙醇发生水解反应制备TiO-(2)包覆的LiLuGeO-(4)-x％Bi,采用原位生长技术将TiO-(2)包覆在Bi掺杂的LiLuGeO-(4)表面,使材料同时具备了长余辉材料在紫外光激发下可实现能量存储和TiO-(2)分散性好、比表面积大的优点,制得的TiO-(2)与Bi掺杂LiLuGeO-(4)结合紧密,不易发生脱落。该复合光催化可在无法外源光源时实现光催化、光电转换和生物材料方面的催化,应用前景十分广泛。(The invention discloses a titanium dioxide-loaded composite photocatalyst and a preparation method thereof, wherein the composite photocatalyst comprises the components of evenly coated TiO 2 LiLuGeO (R) in 4 -x% Bi, wherein x is in a value range of 0.1-4. The invention makes the titanic acid tetranychium ester generate hydrolysis reaction in ethanol under the condition of acetone bath to prepare TiO 2 Coated LiLuGeO 4 -x% Bi, in situ growth technique of TiO 2 Cladding Bi-doped LiLuGeO 4 The surface of the material is provided with the long afterglow material which can realize energy storage and TiO under the excitation of ultraviolet light 2 Good dispersivity and large specific surface area, and the prepared TiO 2 With Bi doped LiLuGeO 4 The combination is tight, and the falling is not easy to occur. The composite photocatalysis can realize photocatalysis, photoelectric conversion and generation when an external light source cannot be usedThe catalyst has wide application prospect in the aspect of material catalysis.)

一种负载二氧化钛的复合光催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于光催化领域，尤其涉及一种负载二氧化钛的复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

环境问题和能源问题一直是人类面临的两大挑战。半导体光催化技术为人们提供了一种有效的环境污染治理和高效的太阳能利用途径。纳米TiO₂是最常用的半导体光催化材料，广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌杀毒、光分解制氢等领域。TiO₂作为催化剂使用的过程中，由于粉体颗粒过小，造成回收困难，这大大提升了催化成本，不利于企业控制成本。在实际应用中，常常将TiO₂包覆在颗粒物表面，增大其粒径以方便回收。但是，使用TiO₂作为催化剂时，催化过程中对光源存在一定要求，只能使用紫外光进行激发，一旦失去外在光源将无法进行催化。实际应用场合中常常存在光源波长被过滤、光线无法穿透介质的情形，对外来光源的依赖限制了TiO₂的应用场景。

目前有部分研究将TiO₂与发光材料进行掺杂，例如CN103540318B这一专利公布了一种稀土配合物嫁接的发光TiO₂介孔微球的制备方法，所得稀土配合物功能化的介孔TiO₂复合材料在可见光激发下发射出可见光和近红外光，其在生物荧光成像、染料敏化太阳能电池和光催化等方面拥有潜在的应用前景。但上述专利中制得的TiO₂负载颗粒上TiO₂晶体分布不均匀，且催化剂与基底之间的界面结合难以控制，且使用的是稀土配合物嫁接到TiO₂介孔微球表面的方案，不利于充分激发TiO₂催化活性，其实用效果有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载二氧化钛的复合光催化剂及其制备方法，以解决背景技术中二氧化钛催化过程中对外在光源依赖程度过大的技术问题。

实现本发明目的的技术方案是：

一种负载二氧化钛的复合光催化剂，其成分为均匀包覆TiO₂的LiLuGeO₄-x％Bi。

进一步地，x取值范围为0.1～4。

本发明还提供该负载二氧化钛的复合光催化剂的制备方法，包含以下制备步骤：

S1：Bi掺杂的紫外长余辉发光材料的合成

按照化学式LiLuGeO₄-x％Bi中的化学计量比称取碳酸锂、氧化镥、氧化锗和氧化铋，将化合物研磨均匀；

将研磨后的混合物进行第一次煅烧、冷却及研磨；

将上一步研磨所得材料进行第二次煅烧、冷却及研磨；，得到Bi掺杂的紫外长余辉发光材料。

S2：复合光催化剂LiLuGeO₄-x％Bi-TiO₂的合成

一边搅拌，一边将将钛酸四钉酯滴加到乙醇中；

继续加入S1中制备的LiLuGeO₄-x％Bi，并搅拌，形成溶液A；

将去离子水加入到丙酮中形成溶液B；

在搅拌条件下，将溶液A缓慢滴入到溶液B中进行反应；

反应后将混合溶液离心、烘干；

将烘干后的粉末高温煅烧。

进一步地，步骤S1中第一次煅烧温度为800℃，煅烧时间2小时；第二次煅烧温度1000～1250℃，煅烧时间1～12小时。

进一步地，步骤S2中：

钛酸四钉酯：乙醇：LiLuGeO₄-x％Bi比例为1:50：(1-20)；

A溶液与B溶液反应时间为6～24小时；

烘干温度为80℃；

进一步地，步骤S2中：

高温煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为2～6小时。

该方案中，长辉石LiLuGeO₄在紫外光激发下可将能量存储在自身的陷阱内，在关闭光源后，将存储在陷阱内部的能量缓慢释放出来，在没有光源的激发的情况下实现余辉发光。

方案中采用丙酮浴原位生长法，该反应制备方法条件温和，工艺简单易行，在一定程度上避免了传统浸渍法导致的颗粒增长和烧结而和煅烧过程中能耗较高、产生废气的情况；可以调控生长高分散性活性组分，晶体生长均匀且组分之间结合更加紧密，催化剂与基底之间的界面结合能也得到了改善。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

本发明采用原位生长技术将TiO₂包覆在Bi掺杂的LiLuGeO₄表面，使材料同时具备了长辉石在紫外光激发下可实现能量存储的特性，同时TiO₂以纳米形态分散在颗粒表面，分散性好、比表面积大，催化效率高。制得的TiO₂与Bi掺杂LiLuGeO₄结合紧密，不易发生脱落。该复合光催化可在无法提供外源光源时实现光催化、光电转换和生物材料方面的催化，突破光源限制，应用前景十分广泛。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明制备的紫外长余辉材料和负载二氧化钛的复合光催化剂的扫描电子显微镜的图片。

图2为本发明制备的紫外长余辉材料的余辉发射光谱和负载二氧化钛的复合光催化剂的吸收光谱。

图3为本发明制备的紫外长余辉材料和复合光催化材料的余辉发射光谱。

图4为本发明制备的负载二氧化钛的复合光催化剂的亚甲基蓝降解率曲线。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

(实施例1)

本实施例中，负载二氧化钛的复合光催化剂LiLuGeO₄-x％Bi-TiO₂中x为0.75。

该复合光催化剂采用以下制备步骤进行制备：

S1：Bi掺杂的紫外长余辉发光材料的合成

按照化学式LiLuGeO₄-0.75％Bi中的化学计量比称取碳酸锂、氧化镥、氧化锗和氧化铋；

将上述原料置于玛瑙研钵中加入乙醇研磨10分钟；

将获得的粉末于800℃中预烧2小时；

将预烧后的材料再次研磨，并于1200℃中煅烧5小时；

将研磨后的混合物进行第一次煅烧、冷却及研磨；

以上步骤制得LiLuGeO₄-0.75％Bi。

S2：复合光催化剂LiLuGeO₄-0.75％Bi-TiO₂的合成

在冰浴条件下，一边搅拌，一边将0.5mL的钛酸四钉酯滴加到25mL的乙醇中；

加入5倍二氧化钛当量的LiLuGeO₄-0.75％Bi，并搅拌，形成溶液A；

将1mL的去离子水加入到100mL的丙酮中形成溶液B；

在搅拌条件下，将溶液A缓慢滴入到溶液B中进行反应；

反应2小时后，将混合溶液进行离心，收集下层反应物烘干，烘干温度为80℃；

将烘干后的粉末高温煅烧，煅烧温度为600℃，煅烧时间为4小时；

此时制得负载二氧化钛的复合光催化剂LiLuGeO₄-0.75％Bi-TiO₂。

为了表征制得负载二氧化钛的复合光催化剂LiLuGeO₄-0.75％Bi-TiO₂的性能，对实施例1样品进行检测：

图片1为按实施例1制备的长余辉材料和负载二氧化钛的复合光催化剂的扫描电子显微镜图片。与长余辉材料相比，负载二氧化钛的复合光催化剂表面附着了细小的二氧化钛纳米颗粒，表明了复合材料的成功制备。

图片2为按实施例1制备的长余辉材料余辉发射光谱和二氧化钛的吸收光谱。从负载二氧化钛的复合光催化剂的吸收光谱可以看出，长余辉材料所发出的紫外长余辉能够被二氧化钛完美吸收。

图片3为按实施例1制备的长余辉材料和负载二氧化钛的复合光催化剂的余辉发射光谱。相比与长余辉材料的余辉发射光谱，负载二氧化钛的复合光催化剂的余辉发射光谱明显降低，表明长余辉材料所发出的余辉能够被二氧化钛吸收。

图片4为按实施例1制备的负载二氧化钛的复合光催化剂的亚甲基蓝降解实验。在紫外光照射下，亚甲基蓝的浓度会显著降低。更重要的是在紫外灯关闭之后，亚甲基蓝的浓度仍然可以继续降低，表明长余辉材料发出的紫外余辉能够支持二氧化钛产生活性氧降解亚甲基蓝，证明了负载二氧化钛的复合光催化剂的持续催化能力。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。