CN103157477B - 氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 - Google Patents
氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103157477B CN103157477B CN201310099612.6A CN201310099612A CN103157477B CN 103157477 B CN103157477 B CN 103157477B CN 201310099612 A CN201310099612 A CN 201310099612A CN 103157477 B CN103157477 B CN 103157477B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- nickel
- nickel oxide
- film
- sodium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明提供了一种氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法，本发明首先以钛盐为前驱体在泡沫镍基底上原位生长负载二氧化钛纳米薄膜，经过干燥、煅烧后再浸入氢氧化钠溶液中，经过水热反应，在其表面生长钛酸钠-二氧化钛-氧化镍复合薄膜，该薄膜是钛酸钠-二氧化钛以纳米片或纳米管阵列形式存在，且其表面均匀分散有氧化镍纳米颗粒。由于钛酸钠是层板带电荷的层状结构，以及p-型半导体氧化镍的均匀掺杂，明显地提高了复合材料的光催化效率。同时，这种基于泡沫镍基底的纳米阵列式光催化剂，提高了催化剂的比表面积，减少了传质阻力，克服了粉体光催化剂容易团聚、易于损失、难以回收的缺点，方便于催化剂的再生和利用。
Description
技术领域
本发明涉及复合光催化剂制备技术，具体涉及一种氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法。
技术背景
光催化技术是一项环境友好技术，在环境净化领域应用前景广阔。目前研究最广泛的光催化剂是纳米TiO2，因其制备工艺简单、成本低廉，具有高活性、良好的化学稳定性和热稳定性、安全无毒等特点，是极具开发前景的绿色环保催化剂。同时层状钛酸钠材料具有和二氧化钛近似的晶体结构和性能，而且它还具备特殊的层状结构，层板带有负电荷，是一种重要的固体功能材料，在催化、吸附、离子交换、分离和传导等诸多领域具有广阔的应用前景。
目前，对于TiO2粉体光催化剂的制备以及改性TiO2粉体光催化剂的研究已经比较成熟，但是由于二氧化钛粉体颗粒细微易产生团聚，在光催化过程中易与废水形成悬浮液，导致分离困难，容易损失难以回收，不利于催化剂的再生和再利用，一定程度上限制了二氧化钛在工业上的广泛利用，为此很多研究制备负载型光催化剂。Appl Surf Sci,2010,257,367-371中C.uinones等采用磁控溅射法将Au/Pd双金属溅射到TiO2薄片上制备了Au/Pd改性TiO2光催化材料。Su Ying-ying等在China Environ Sci,2009,29,1171-1176中选取取硅藻土为载体，以钛酸四异丙酯为前驱物，采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/硅藻土光催化剂。Negishi等人在Sol-GelSci.Technol.,2001,22,23-31中以钛酸异丙酯为原料，用溶胶-凝胶法在玻璃上负载了TiO2薄膜，但是，TiO2光催化剂被固定后，与TiO2粉末相比光催化效率有不同程度的降低，这是因为被固定后催化剂比表面积减小使其吸附作用以及利用率降低，降低了TiO2的光催化活性。
因此，我们采用比表面积较大的泡沫镍做为基底，在其表面生长钛酸钠-二氧化钛纳米片或纳米管阵列式复合结构，表面均匀分散有氧化镍纳米颗粒，形成中p-n异质结不但能够通过敏化作用拓展宽带隙半导体的波长范围，而且能够通过内建电场抑制载流子复合，大幅度提高材料的光催化材料性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法。
本发明提供的氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂是：以泡沫镍为基底，在其表面生长钛酸钠-二氧化钛-氧化镍复合薄膜，该薄膜是钛酸钠-二氧化钛以纳米片或纳米管阵列形式存在，且其表面均匀分散有氧化镍纳米颗粒，这种复合材料具有结构均一的优点，将其用作光催化剂具有催化活性高，稳定、易分离的特点。
本发明提供的氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂的制备方法是：
A.泡沫镍片预处理
将泡沫镍片按需要剪成不同的大小和形状，用无水乙醇、去离子水超声洗涤处理去除表面杂质，烘干，在空气氛围中以5℃/min的升温速率升至400-600℃煅烧10-30分钟进行预氧化。
B．在镍基底上负载二氧化钛
配制体积比为8-10:4-5:1的醇、酸、钛酸四丁酯混合溶液加入到反应釜中搅拌均匀，放入步骤A预处理后的泡沫镍片，密封，于100-140℃加热5-15小时，自然降温冷却，取出烘干，于空气氛围中以2℃/min的升温速率升至400-600℃煅烧30-60分钟，得到泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜；所述的醇是：乙醇、丙醇、丁醇或乙二醇中的一种；酸是：乙酸或丙酸中的一种；
C．泡沫镍上负载钛酸钠-二氧化钛
配制5-15mol/L的氢氧化钠溶液，加入反应釜中搅拌均匀后放入步骤B制备的泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜，于100-160℃加热2-24小时，自然降温冷却后，取出，用去离子水洗涤，烘干；得到氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合材料，该材料可用作光催化剂。
图1，图2是实施例1得到样品的扫描电子显微镜（SEM）相片和从镍基底刮下后样品的透射电子显微镜（TEM）相片，由图可见复合结构以钛酸钠-二氧化钛纳米片阵列形式在泡沫镍基底上生长，且其表面均匀分散有氧化镍纳米颗粒。
图3，图4是实施例2得到样品的扫描电子显微镜（SEM）相片和从镍基底刮下后样品的透射电子显微镜（TEM）相片，由图可见复合结构以钛酸钠-二氧化钛纳米管阵列形式在泡沫镍基底上生长，且其表面均匀分散有氧化镍纳米颗粒。
图5是得到样品的高分辨透射电子显微镜（HRTEM）相片，可以看出晶格间距为0.8nm，和钛酸钠的晶格间距相匹配；直径约为10nm左右的纳米颗粒的晶格间距为0.35nm，和二氧化钛的晶格间距相匹配；直径约为3nm左右的纳米颗粒的晶格间距为0.2nm，和氧化镍的晶格间距相匹配，进一步证明复合材料的结构。
用光催化降解染料是快速评价光催化剂催化效果的一种重要方法。图6是用实施例1的样品光催化降解100mL浓度为1.1mg/L罗丹明B（RhB）和孔雀石绿(MG)的光催化效果图。这种材料由于巧妙结合了镍基底良好电子传输能力和层状化合物的特殊结构，使得这种阵列式复合结构在带正电的染料分子（RhB,MG）光降解领域表现出较好的催化性能，如对罗丹明B的光催化降解效率在99%以上，催化效果优于TiO2，且具有很好的结构稳定性。
本发明的有益效果：本发明方法采用比表面积较大的泡沫镍做为基底，制备掺杂氧化镍的阵列式钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂，在简单的水热条件下完成，其优点在于合成方法简单，成本低廉，重复性好，尺寸均匀。大比表面积基底的使用有利于分子扩散，提高负载质量，使催化剂均匀地分散；p-型半导体氧化镍的均匀掺杂和n-型半导体钛酸钠-二氧化钛形成p-n结，可以阻止光生电子和空穴的复合，明显地提高了复合材料的光催化效率；最后形成的阵列式结构增加催化剂的比表面积和催化活性位点，减少了传质阻力，使阵列式光催化剂易于分离，实现催化剂再生和再利用。
附图说明
图1为实施例1的SEM图片；
图2为实施例1的TEM图片；
图3为实施例2的SEM图片；
图4为实施例2的TEM图片；
图5为实施例1的HRTEM图片；
图6是实施例1中样品的光催化效果图。
具体实施方式
实施例1
A.将泡沫镍按需要剪成不同的大小和形状，用无水乙醇、去离子水超声洗涤处理去除表面杂质，烘干。空气中以5℃/min的升温速率升至550℃煅烧10min预氧化处理。
B.将乙醇20mL，乙酸10mL，钛酸四丁酯2mL，加入到反应釜中搅拌均匀，放入步骤A处理后的泡沫镍，密封。反应釜于120℃加热10h，自然降温冷却后，烘干。再于空气氛围中以2℃/min的升温速率升至550℃煅烧45min，得到泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜。
C．配制10mol/L的氢氧化钠溶液，放入步骤B得到的泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜样品，100℃加热9h。反应釜自然降温冷却后，取出，用去离子水洗涤，烘干，得到所需样品。
实施例2
A.将泡沫镍按需要剪成不同的大小和形状，用无水乙醇、去离子水超声洗涤处理去除表面杂质，烘干。空气中以5℃/min的升温速率升至550℃煅烧10min预氧化处理。
B.将乙醇20mL，乙酸10mL，钛酸四丁酯2mL，加入到反应釜中搅拌均匀，放入步骤A处理后的泡沫镍，密封。反应釜于120℃加热10h，自然降温冷却后，烘干。再于空气氛围中以2℃/min的升温速率升至550℃煅烧45min，得到泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜。
C．配制10mol/L的氢氧化钠溶液，放入步骤B得到的泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜样品，160℃加热9h。反应釜自然降温冷却后，取出，用去离子水洗涤，烘干，得到所需样品。
实施例3
A.将泡沫镍按需要剪成不同的大小和形状，用无水乙醇、去离子水超声洗涤处理去除表面杂质，烘干。空气中以5℃/min的升温速率升至400℃煅烧10min预氧化处理。
B.将丙醇16mL，乙酸8mL，钛酸四丁酯2mL，加入到反应釜中搅拌均匀，放入步骤A处理后的泡沫镍，密封。反应釜于100℃加热15h，自然降温冷却后，烘干。再于空气氛围中以2℃/min的升温速率升至400℃煅烧30min，得到泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜。
C．配制5mol/L的氢氧化钠溶液，放入步骤B得到的泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜样品，100℃加热8h。反应釜自然降温冷却后，取出，用去离子水洗涤，烘干，得到所需样品。
实施例4
A.将泡沫镍按需要剪成不同的大小和形状，用无水乙醇、去离子水超声洗涤处理去除表面杂质，烘干。空气中以5℃/min的升温速率升至450℃煅烧20min预氧化处理。
B.将丁醇18mL，丙酸10mL，钛酸四丁酯2mL，加入到反应釜中搅拌均匀，放入步骤A处理后的泡沫镍，密封。反应釜于120℃加热10h，自然降温冷却后，烘干。再于空气氛围中以2℃/min的升温速率升至450℃煅烧40min，得到泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜。
C.配制8mol/L的氢氧化钠溶液，放入步骤B得到的泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜样品，120℃加热12h。反应釜自然降温冷却后，取出，用去离子水洗涤，烘干，得到所需样品。
实施例5
A.将泡沫镍按需要剪成不同的大小和形状，用无水乙醇、去离子水超声洗涤处理去除表面杂质，烘干。空气中以5℃/min的升温速率升至500℃煅烧30min预氧化处理。
B.将乙醇16mL，乙酸8mL，钛酸四丁酯2mL，加入到反应釜中搅拌均匀，放入步骤A处理后的泡沫镍，密封。反应釜于140℃加热5h，自然降温冷却后，烘干。再于空气氛围中以2℃/min的升温速率升至500℃煅烧40min，得到泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜。
C.配制15mol/L的氢氧化钠溶液，放入步骤B得到的泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜样品，140℃加热20h。反应釜自然降温冷却后，取出，用去离子水洗涤，烘干，得到所需样品。
实施例6
A.将泡沫镍按需要剪成不同的大小和形状，用无水乙醇、去离子水超声洗涤处理去除表面杂质，烘干。空气中以5℃/min的升温速率升至600℃煅烧10min预氧化处理。
B.将乙二醇20mL，乙酸10mL，钛酸四丁酯2mL，加入到反应釜中搅拌均匀，放入步骤A处理后的泡沫镍，密封。反应釜于140℃加热10h，自然降温冷却后，烘干。再于空气氛围中以2℃/min的升温速率升至600℃煅烧30min，得到泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜。
C.配制10mol/L的氢氧化钠溶液，放入步骤B得到的泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜样品，100℃加热24h。反应釜自然降温冷却后，取出，用去离子水洗涤，烘干，得到所需样品。
Claims (2)
1.一种氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂的制备方法，具体步骤如下：
A. 泡沫镍片预处理
将泡沫镍片按需要剪成不同的大小和形状，用无水乙醇、去离子水超声洗涤处理去除表面杂质，烘干，在空气氛围中以5℃/min的升温速率升至400-600℃煅烧10-30分钟进行预氧化；
B．在镍基底上负载二氧化钛
配制体积比为8-10:4-5:1的醇、酸、钛酸四丁酯混合溶液加入到反应釜中搅拌均匀，放入步骤A预处理后的泡沫镍片，密封，于100-140℃加热5-15小时，自然降温冷却，取出烘干，于空气氛围中以2℃/min的升温速率升至400-600℃煅烧30-60分钟，得到泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜；所述的醇是：乙醇、丙醇、丁醇或乙二醇中的一种； 酸是：乙酸或丙酸中的一种；
C．泡沫镍上负载钛酸钠-二氧化钛
配制5-15mol/L的氢氧化钠溶液，加入反应釜中搅拌均匀后放入步骤B制备的泡沫镍负载二氧化钛纳米薄膜，于100-160℃加热2-24小时，自然降温冷却后，取出，用去离子水洗涤，烘干；得到镍基底钛酸钠-二氧化钛掺杂NiO复合材料，该材料可用作光催化剂。
2.根据权利要求1所述的方法制备的氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂：该催化剂是以泡沫镍为基底，在其表面生长钛酸钠-二氧化钛-氧化镍复合薄膜，该薄膜是钛酸钠-二氧化钛以纳米片或纳米管阵列形式存在，且其表面均匀分散有氧化镍纳米颗粒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310099612.6A CN103157477B (zh) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | 氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310099612.6A CN103157477B (zh) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | 氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103157477A CN103157477A (zh) | 2013-06-19 |
| CN103157477B true CN103157477B (zh) | 2014-12-24 |
Family
ID=48581312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310099612.6A Expired - Fee Related CN103157477B (zh) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | 氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103157477B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140256540A1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-11 | Nitto Denko Corporation | High surface area photocatalyst material and method of manufacture |
| CN107243353B (zh) * | 2016-08-10 | 2019-11-22 | 山东大学 | 一种氟掺杂的二氧化钛多层级结构光催化剂及其制备方法 |
| CN108630812A (zh) * | 2017-03-17 | 2018-10-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 罗丹明材料在有机太阳能电池中的应用 |
| CN110013824B (zh) * | 2019-04-24 | 2020-08-04 | 吉林师范大学 | 地膜状二维纳米薄层钛酸钠覆盖氧化银/氧化钛异质结光催化膜层材料及其制备方法 |
| CN110773172A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-11 | 河南工程学院 | 具有三维网络核壳结构的氧化镍@二氧化钛催化材料及制备方法 |
| CN112158853B (zh) * | 2020-09-14 | 2023-05-23 | 宜兴国际环保城科技发展有限公司 | 一种管式自由基氧化剂及其制备方法 |
| CN112675859A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-04-20 | 华南农业大学 | 一种泡沫镍基二氧化钛纳米复合材料及其制备方法和应用 |
| CN112791726B (zh) * | 2021-02-20 | 2022-03-25 | 华南农业大学 | 泡沫镍基底原位负载二氧化钛纳米线阵列材料及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5311893A (en) * | 1976-07-20 | 1978-02-02 | Fujimi Kenmazai Kougiyou Kk | Catalysts |
| CN1152826C (zh) * | 2002-05-24 | 2004-06-09 | 清华大学 | 一种制备水合钛酸钠盐及系列钛酸盐纳米管的工艺方法 |
| CN102949981B (zh) * | 2011-08-17 | 2015-09-30 | 香港城市大学 | 多孔基底与一维纳米材料的复合材料及其制备方法、其表面改性的复合材料及制备方法 |
-
2013
- 2013-03-26 CN CN201310099612.6A patent/CN103157477B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103157477A (zh) | 2013-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103157477B (zh) | 氧化镍掺杂钛酸钠-二氧化钛复合光催化剂及其制备方法 | |
| US11345616B2 (en) | Heterojunction composite material consisting of one-dimensional IN2O3 hollow nanotube and two-dimensional ZnFe2O4 nanosheet, and application thereof in water pollutant removal | |
| Wang et al. | Pn heterostructured TiO2/NiO double-shelled hollow spheres for the photocatalytic degradation of papermaking wastewater | |
| CN106944116A (zh) | 氮化碳/二氧化钛纳米片阵列异质结光催化剂及制备方法 | |
| CN102208658B (zh) | 一种纳米Ti4O7颗粒的制备方法 | |
| CN103638922B (zh) | 介孔三氧化钨/还原氧化石墨烯复合光催化剂的制备方法 | |
| CN107824207B (zh) | 一种处理水体中孔雀石绿的磷酸银复合光催化剂的制备方法 | |
| WO2021212923A1 (zh) | 负载于泡沫镍表面的 p-n 异质结复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN110237834B (zh) | 一种碳量子点/氧化锌可见光催化剂的制备方法 | |
| CN103285861B (zh) | 一种具有可见光活性的Ag3VO4/TiO2复合纳米线其制备方法及应用 | |
| CN105597787B (zh) | 一种单层二硫化钼/超细二氧化钛纳米带异质结构光催化剂及其制备方法 | |
| CN103877966B (zh) | 一种异质结构光催化剂的制备方法 | |
| CN102160995A (zh) | 纳米金属氧化物/石墨烯复合光催化剂的制备方法 | |
| CN106925304B (zh) | Bi24O31Br10/ZnO复合可见光催化剂及其制备方法 | |
| CN108940332B (zh) | 一种高活性MoS2/g-C3N4/Bi24O31Cl10复合光催化剂的制备方法 | |
| CN103721700B (zh) | 一种高活性SnO2-TiO2复合光催化剂的制备方法 | |
| CN110479289B (zh) | 一种具有光催化性能的复合型纳米氧化亚铜/氧化锌材料及其制备方法和应用 | |
| CN109012731A (zh) | 海胆状CoZnAl-LDH/RGO/g-C3N4Z型异质结及其制备方法和应用 | |
| CN106111114B (zh) | 一种In2O3/Bi2Sn2O7复合可见光催化剂及其制备方法 | |
| CN108435212B (zh) | 二硫化钼基的高效光催化分解水产氢的纳米材料及制备方法 | |
| CN107362792B (zh) | 一种钛酸锶/铌酸锡复合纳米材料的制备方法 | |
| CN106378158A (zh) | 一种在可见光下具有高催化降解活性的硫化铋/二氧化钛/石墨烯复合物的制法 | |
| CN114522709B (zh) | 一种三维多孔石墨相氮化碳/碘氧化铋/银纳米粒子复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN101244381A (zh) | TiO2－Al2O3复合纳米粉体材料的制备方法 | |
| CN105060352B (zh) | 一种氧化镍纳米片/二氧化钛纳米棒异质结材料的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chang Zheng Inventor after: Song Xiaona Inventor after: Sun Xiaoming Inventor after: Liu Junfeng Inventor after: Lei Xiaodong Inventor after: Ren Jian Inventor before: Chang Zheng Inventor before: Song Xiaona Inventor before: Sun Xiaoming Inventor before: Liu Junfeng Inventor before: Lei Xiaodong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: CHANG ZHENG SONG XIAONA SUN XIAOMING LIU JUNFENG LEI XIAODONG TO: CHANG ZHENG SONG XIAONA SUN XIAOMING LIU JUNFENG LEI XIAODONG REN JIAN |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141224 Termination date: 20160326 |