專利名稱：一種FeOOH修飾的TiO₂光催化劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米科學和光催化技術領域，具體涉及一種FeOOH修飾的TiO2光催化劑及其制備方法。
背景技術：
隨著化石燃料的不斷減少、能源需求的持續(xù)增加以及對環(huán)保要求的提高，實現(xiàn)對太陽能的高效利用，已經成為各國科研者競相研究的熱點課題之一。多相半導體光催化技術具有能耗低、操作簡單、條件溫和等優(yōu)點，顯示出廣闊的應用前景。雖然目前已報道了 100多種光催化劑以及眾多的光催化劑改性方法，然而現(xiàn)有的光催化劑利用太陽能的效率依然有很大的提聞空間。TiO2納米粉體，特別是TiO2納米管粉體由于具有巨大的比表面積，可迅速促進表 面反應的進行，因此其作為一種半導體催化劑，被廣泛的應用于以太陽能為基礎能源的清潔能源和環(huán)境領域中。目前為了提高TiO2納米材料利用太陽能，特別是利用可見光的效率，眾多的學者開展了大量的工作。代表性的工作是，美國加州大學的X. B. Chen等人在2011年第331卷“Science”期干丨J的“Increasing Solar Absorption for Photocatalysis with Black HydrogenatedTitanium Dioxide Nanocrystals” 一文中研究發(fā)現(xiàn),在氫氣氣氛的保護下,經熱處理后的TiO2納米粉具有優(yōu)異的太陽光催化性能，其中經氫化處理后的TiO2納米粉摻雜質量百分數(shù)為0. 6%的Pt單質后，其在模擬太陽光的照射實驗中具有良好的活性以及穩(wěn)定的制氫速率，且制氫速率可達IOmmol IT1g'就目前而言，該氫化處理的TiO2納米材料展示出最大的太陽能的利用效率，但是該方法的不足之處是氫化過程太長，并且該TiO2納米材料有望進一步通過多重修飾提高其利用太陽能的效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種原料來源廣泛易得、制備工藝簡單的FeOOH修飾的TiO2光催化劑。該TiO2光催化劑經氫化處理、表面擔載Pt單質修飾、表面沉積FeOOH修飾后，能夠有效地實現(xiàn)光生電子和空穴的分離，具有優(yōu)良的利用太陽光的能力，為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種FeOOH修飾的TiO2光催化齊U，其特征在于，所述FeOOH修飾的TiO2光催化劑由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成；所述TiO2的平均粒徑為5nm 120nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 6% I. 2%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為3% 49%。上述的一種FeOOH修飾的TiO2光催化劑，所述TiO2的平均粒徑為50nm 90nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 7% I. 0%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為10% 30%。上述的一種FeOOH修飾的TiO2光催化劑，所述TiO2的平均粒徑為70nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 8%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為20%。上述的一種FeOOH修飾的TiO2光催化劑，所述FeOOH為Y -FeOOH。另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述FeOOH修飾的TiO2光催化劑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將TiO2粉體置于馬弗爐中，在溫度為300°C 550°C的條件下熱處理Ih 12h ;所述TiO2粉體的平均粒徑為5nm 120nm ； 步驟二、將步驟一中熱處理后的TiO2粉體置于氫氣爐中，在溫度為280°C 550°C的條件下氫化處理0. 5h IOh ；步驟三、將步驟二中氫化處理后的TiO2粉體與PtCl4或H2PtCl6 —起加入甲醇水溶液中，每150mL甲醇水溶液中加入氫化處理后的TiO2粉體的質量為0. 02g,攪拌均勻后得到固液混合物；步驟四、將步驟三中所述固液混合物采用功率為300W的氙燈照射0. Ih 2h，使PtCl4或H2PtCl6中的Pt4+離子還原為Pt單質并沉積于TiO2的表面，得到表面沉積Pt的TiO2 ;所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 6 I. 2% ；步驟五、向步驟四中含有表面沉積Pt的TiO2的固液混合物中加入鐵的氯化物，攪拌均勻后，采用300W的氙燈照射0. 5h 3h，使鐵的氯化物轉變?yōu)镕eOOH并沉積于TiO2表面，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑；所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為3% 49%。上述的方法，其特征在于，步驟一中所述TiO2粉體為球形介孔粉體、球形實心粉體或納米管粉體。上述的方法，其特征在于，步驟二中所述氫化處理的氫氣流速為2 X 10 2m3 min 1 9 X 10 2m3 min 1 ；上述的方法，其特征在于，步驟三中所述甲醇水溶液中甲醇的體積百分數(shù)為20% 60%。上述的方法，其特征在于，步驟五中所述鐵的氯化物為FeCl2和/或FeCl3。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點(I)本發(fā)明原料來源廣泛、易得，制備工藝簡單；本發(fā)明的氫化處理過程的時間僅為0. 5h 10h，而傳統(tǒng)的氫化處理TiO2粉體的時間需70h以上，因此本發(fā)明大大縮短了生
廣周期，提聞了生廣效率。(2)本發(fā)明將一定粒徑尺寸的TiO2粉體依次經過氫化處理、表面沉積Pt、表面沉積FeOOH，制備的FeOOH修飾的TiO2光催化劑能夠有效地實現(xiàn)光生電子和空穴的分離，因此具有優(yōu)良的利用太陽光的能力；在模擬太陽光的照射實驗中，其產氫速率可達15mmol IT1 g—1 30mmol IT1 g_\與現(xiàn)有的光催化劑相比提高了 I. 3 3. 2倍。(3)本發(fā)明的FeOOH修飾的TiO2光催化劑，其光催化降解有機污染物的效率與傳統(tǒng)的TiO2納米材料相比提高了 I. 5 2. 7倍。下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
具體實施例方式實施例I本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑，由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成；所述TiO2的平均粒徑為70nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 8%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為20% ;所述FeOOH為\ -FeOOH。本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑的制備方法包括以下步驟步驟一、將TiO2粉體置于馬弗爐中，在溫度為300°C的條件下熱處理12h ;所述TiO2粉體為平均粒徑為70nm的球形介孔粉體；步驟二、將步驟一中熱處理后的TiO2粉體置于氫氣爐中，在溫度為280°C的條件下氫化處理IOh ;所述氫化處理的氫氣流速為9 X 10- 3 min—1 ；

步驟三、將步驟二中氫化處理后的TiO2粉體與PtCl4或H2PtCl6 —起加入甲醇水溶液中，每150mL甲醇水溶液中加入氫化處理后的TiO2粉體的質量為0. 02g,攪拌均勻后得到固液混合物；所述甲醇水溶液中甲醇的體積百分數(shù)為40% ；步驟四、將步驟三中所述固液混合物采用功率為300W的氙燈照射0. 5h，使PtCl4或H2PtCl6中的Pt4+離子還原為Pt單質并沉積于TiO2的表面，得到表面沉積Pt的TiO2 ;所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 8% ；步驟五、向步驟四中含有表面沉積Pt的T i O2的固液混合物中加入鐵的氯化物，攪拌均勻后，采用300W的氙燈照射I. 5h，使鐵的氯化物轉變?yōu)镕eOOH并沉積于TiO2表面，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑；所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為20%。實施例2本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑，由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成；所述TiO2的平均粒徑為5nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 6%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為3% ;所述FeOOH為\ -FeOOH。本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑的制備方法包括以下步驟步驟一、將TiO2粉體置于馬弗爐中，在溫度為550°C的條件下熱處理Ih ;所述TiO2粉體為平均粒徑為5nm的球形實心粉體；步驟二、將步驟一中熱處理后的TiO2粉體置于氫氣爐中，在溫度為550°C的條件下氫化處理0. 5h ;所述氫化處理的氫氣流速為2X 10_2m3 HiirT1 ；步驟三、將步驟二中氫化處理后的TiO2粉體與PtCl4或H2PtCl6 —起加入甲醇水溶液中，每150mL甲醇水溶液中加入氫化處理后的TiO2粉體的質量為0. 02g,攪拌均勻后得到固液混合物；所述甲醇水溶液中甲醇的體積百分數(shù)為20% ；步驟四、將步驟三中所述固液混合物采用功率為300W的氙燈照射2h，使PtCl4或H2PtCl6中的Pt4+離子還原為Pt單質并沉積于TiO2的表面，得到表面沉積Pt的TiO2 ;所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 6% ；步驟五、向步驟四中含有表面沉積Pt的T i O2的固液混合物中加入鐵的氯化物,攪拌均勻后，采用300W的氙燈照射0. 5h，使鐵的氯化物轉變?yōu)镕eOOH并沉積于TiO2表面，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑；所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為3%。實施例3本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑，由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成；所述TiO2的平均粒徑為50nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 7%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為10% ;所述FeOOH為\ -FeOOH。本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑的制備方法包括以下步驟
步驟一、將TiO2粉體置于馬弗爐中，在溫度為350°C的條件下熱處理9h ;所述TiO2粉體為平均長度為50nm的納米管粉體。步驟二、將步驟一中熱處理后的TiO2粉體置于氫氣爐中，在溫度為350°C的條件下氫化處理6h ;所述氫化處理的氫氣流速為5 X 10_2m3 mirT1 ；步驟三、將步驟二中氫化處理后的TiO2粉體與PtCl4或H2PtCl6 —起加入甲醇水溶液中，每150mL甲醇水溶液中加入氫化處理后的TiO2粉體的質量為0. 02g,攪拌均勻后得到固液混合物；所述甲醇水溶液中甲醇的體積百分數(shù)為20% ；步驟四、將步驟三中所述固液混合物采用功率為300W的氙燈照射2h，使PtCl4或H2PtCl6中的Pt4+離子還原為Pt單質并沉積于TiO2的表面，得到表面沉積Pt的TiO2 ;所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 7% ；步驟五、向步驟四中含有表面沉積Pt的T i O2的固液混合物中加入鐵的氯化物,攪 拌均勻后，采用300W的氙燈照射2h，使鐵的氯化物轉變?yōu)镕eOOH并沉積于TiO2表面，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑；所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為10%。實施例4本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑，由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成；所述TiO2的平均粒徑為90nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為I. 0%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為30% ;所述FeOOH為\ -FeOOH。本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑的制備方法包括以下步驟步驟一、將TiO2粉體置于馬弗爐中，在溫度為450°C的條件下熱處理3h ;所述TiO2粉體為平均粒徑為90nm的球形介孔粉體；步驟二、將步驟一中熱處理后的TiO2粉體置于氫氣爐中，在溫度為350°C的條件下氫化處理4h ;所述氫化處理的氫氣流速為7 X 10- 3 mirT1 ；步驟三、將步驟二中氫化處理后的TiO2粉體與PtCl4或H2PtCl6 —起加入甲醇水溶液中，每150mL甲醇水溶液中加入氫化處理后的TiO2粉體的質量為0. 02g,攪拌均勻后得到固液混合物；所述甲醇水溶液中甲醇的體積百分數(shù)為30% ；步驟四、將步驟三中所述固液混合物采用功率為300W的氙燈照射2h，使PtCl4或H2PtCl6中的Pt4+離子還原為Pt單質并沉積于TiO2的表面，得到表面沉積Pt的TiO2 ;所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為I. 0% ；步驟五、向步驟四中含有表面沉積Pt的T i O2的固液混合物中加入鐵的氯化物,攪拌均勻后，采用300W的氙燈照射2h，使鐵的氯化物轉變?yōu)镕eOOH并沉積于TiO2表面，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑；所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為30%。實施例5本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑，由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成；所述TiO2的平均粒徑為120nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為I. 2%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為49% ;所述FeOOH為\ -FeOOH。本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑的制備方法包括以下步驟步驟一、將TiO2粉體置于馬弗爐中，在溫度為300°C的條件下熱處理12h;所述TiO2粉體為平均粒徑為120nm的球形實心粉體；步驟二、將步驟一中熱處理后的TiO2粉體置于氫氣爐中，在溫度為550°C的條件下氫化處理0. 5h ;所述氫化處理的氫氣流速為9 X 10_2m3 mirT1 ；步驟三、將步驟二中氫化處理后的TiO2粉體與PtCl4或H2PtCl6 —起加入甲醇水溶液中，每150mL甲醇水溶液中加入氫化處理后的TiO2粉體的質量為0. 02g,攪拌均勻后得到固液混合物；所述甲醇水溶液中甲醇的體積百分數(shù)為20% ；步驟四、將步驟三中所述固液混合物采用功率為300W的氙燈照射2h，使PtCl4或H2PtCl6中的Pt4+離子還原為Pt單質并沉積于TiO2的表面，得到表面沉積Pt的TiO2 ;所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為I. 2% ；步驟五、向步驟四中含有表面沉積Pt的T i O2的固液混合物中加入鐵的氯化物,攪拌均勻后，采用300W的氙燈照射3h，使鐵的氯化物轉變?yōu)镕eOOH并沉積于TiO2表面，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑；所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為49%。實施例6本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑，由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成；所述TiO2的平均粒徑為80nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 9%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為22%。本實施例的FeOOH修飾的TiO2光催化劑的制備方法包括以下步驟步驟一、將TiO2粉體置于馬弗爐中，在溫度為300°C的條件下熱處理5h ;所述TiO2粉體為平均粒徑為80nm的球形實心粉體；步驟二、將步驟一中熱處理后的TiO2粉體置于氫氣爐中，在溫度為280°C的條件下氫化處理9h ;所述氫化處理的氫氣流速為6 X 10_2m3 mirT1 ；步驟三、將步驟二中氫化處理后的TiO2粉體與PtCl4或H2PtCl6 —起加入甲醇水溶液中，每150mL甲醇水溶液中加入氫化處理后的TiO2粉體的質量為0. 02g，攪拌均勻后得到固液混合物；所述甲醇水溶液中甲醇的體積百分數(shù)為20% ；步驟四、將步驟三中所述固液混合物采用功率為300W的氙燈照射I. 6h，使PtCl4或H2PtCl6中的Pt4+離子還原為Pt單質并沉積于TiO2的表面，得到表面沉積Pt的TiO2 ;所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為0. 9% ；步驟五、向步驟四中含有表面沉積Pt的TiO2的固液混合物中加入鐵的氯化物，攪拌均勻后，采用300W的氙燈照射lh，使鐵的氯化物轉變?yōu)镕eOOH并沉積于TiO2表面，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑；所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為22%。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.ー種FeOOH修飾的TiO2光催化劑，其特征在于，所述FeOOH修飾的TiO2光催化劑由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成；所述TiO2的平均粒徑為5nm 120nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為O. 6% I. 2%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為3% 49%。
2.根據(jù)權利要求I中所述的ー種FeOOH修飾的TiO2光催化劑，其特征在于，所述TiO2的平均粒徑為50nm 90nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為O. 7% I. 0%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為10% 30%。
3.根據(jù)權利要求2中所述的ー種FeOOH修飾的TiO2光催化劑，其特征在于，所述TiO2的平均粒徑為70nm，所述TiO2表面沉積Pt的質量百分數(shù)為O. 8%，所述TiO2表面沉積FeOOH的質量百分數(shù)為20%。
4.根據(jù)權利要求1、2或3中所述FeOOH修飾的TiO2光催化劑，其特征在于，所述FeOOH為 γ-FeOOH。
5.一種制備如權利要求I、2或3所述FeOOH修飾的TiO2光催化劑的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟一、將TiO2粉體置于馬弗爐中，在溫度為300°C 550°C的條件下熱處理Ih 12h ；所述TiO2粉體的平均粒徑為5nm 120nm ； 步驟ニ、將步驟一中熱處理后的TiO2粉體置于氫氣爐中，在溫度為280°C 550°C的條件下氫化處理O. 5h IOh ； 步驟三、將步驟ニ中氫化處理后的TiO2粉體與PtCl4或H2PtCl6 —起加入甲醇水溶液中，每150mL甲醇水溶液中加入氫化處理后的TiO2粉體的質量為O. 02g，攪拌均勻后得到固液混合物； 步驟四、將步驟三中所述固液混合物采用功率為300W的氙燈照射O. Ih 2h，使PtCl4或H2PtCl6中的Pt4+離子還原為Pt單質并沉積于TiO2的表面，得到表面沉積Pt的TiO2 ； 步驟五、向步驟四中含有表面沉積Pt的TiO2的固液混合物中加入鐵的氯化物，攪拌均勻后，采用300W的氙燈照射O. 5h 3h，使鐵的氯化物轉變?yōu)镕eOOH并沉積于TiO2表面，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑。
6.根據(jù)權利要求5中所述的方法，其特征在于，步驟一中所述TiO2粉體為球形介孔粉體、球形實心粉體或納米管粉體。
7.根據(jù)權利要求5中所述的方法，其特征在于，步驟ニ中所述氫化處理中的氫氣流速為 2X lCr2m3 · mirf1 9X lCT2m3 · mirf1。
8.根據(jù)權利要求5中所述的方法，其特征在于，步驟三中所述甲醇水溶液中甲醇的體積百分數(shù)為20% 60%。
9.根據(jù)權利要求5中所述的方法，其特征在于，步驟五中所述鐵的氯化物為FeCl2和/或 FeCl3。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種FeOOH修飾的TiO2光催化劑，由TiO2和沉積于所述TiO2表面的Pt及FeOOH組成，所述TiO2的粒徑為5nm～120nm，TiO2表面沉積Pt的質量分數(shù)為0.6%～1.2%，TiO2表面沉積FeOOH的質量分數(shù)為3%～49%。本發(fā)明還提供了該催化劑的制備方法如下一、將TiO2粉體進行熱處理；二、將熱處理后的TiO2進行氫化處理；三、進行表面沉積Pt處理；四、進行表面沉積FeOOH處理，得到FeOOH修飾的TiO2光催化劑。本發(fā)明原料來源廣泛，制備工藝簡單；采用本發(fā)明制備的FeOOH修飾的TiO2光催化劑能夠實現(xiàn)光生電子和空穴的有效分離，具有優(yōu)良的利用太陽光的能力。
文檔編號B01J23/42GK102728349SQ201210199029
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權日2012年6月15日
發(fā)明者張文彥, 李廣忠, 李綱, 湯慧萍 申請人:西北有色金屬研究院