專利名稱：一種光催化納米材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化納米材料，尤其涉及一種能適用于冰箱并具有除菌除異味功能的光催化納米材料。
背景技術(shù)：
冰箱購買階段的異味會影響客戶購買冰箱的欲望，使用階段的異味和細菌會影響冰箱內(nèi)食品的保鮮期。因此，具有除菌除異味功能的冰箱市場前景很大。光催化技術(shù)是一種新興、高效、節(jié)能的現(xiàn)代綠色環(huán)保技術(shù)，光催化技術(shù)是在催化劑的作用下，利用光輻射將污染物分解為無毒或毒性較低物質(zhì)的過程。而通常研究的光催化材料，是以TiO2為代表的金屬氧化物半導(dǎo)體，它具有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性，不溶于水、光穩(wěn)定性高、具有強氧化-還原能力、價格低廉、對人體無害、使用壽命長等優(yōu)點。TiO2受到紫外線的照射，當(dāng)能量大于或等于其禁帶寬度時，價帶上的電子被激發(fā)，越過禁帶進入導(dǎo)帶，形成帶負電的高活性電子(e_)，同時在價帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴OO，電子與空穴分離并遷移到粒子表面的不同位置，還原和氧化吸附在表面上的H2O和
O2,生成· OH和· 02_自由基，這些自由基分解有機物生成二氧化碳和水，從而對其表面的有機污染物氣體進行降解，同時這些自由基還具有殺菌作用。機理如圖1所示A 過程c'ataiySt _卜 e'+ h+B 過程e +Aads — A adsC 過程h+Dads — D+adsD、E 過程e +h+ — Δ (放熱)TiO2是一種多晶型的化合物，它是一種常見的n型半導(dǎo)體材料，在自然界有銳鈦礦、金紅石和板鈦礦三種晶形。銳鈦礦型的二氧化鈦多用于光催化劑，在節(jié)能環(huán)保方面展示出極為廣闊的應(yīng)用前景。通常，TiO2粒徑越小，其比表面積越大，增大TiO2分子處于表面的份額，從而發(fā)生光催化反應(yīng)產(chǎn)生光生e_-h+對的幾率增大；另一方面由于與其表面接觸的O2和!120含量越多，有效減少e_-h+空穴復(fù)合的幾率，從而提高了光催化效果。研究表明，一定比例的銳鈦礦與金紅石復(fù)合更有利于光催化效果的提高。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種光催化納米材料，是一種適用于冰箱并具有除菌除異味功能的光催化納米材料。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種光催化納米材料，由納米銀與納米二氧化鈦構(gòu)成的混合物，所述納米銀與所述二氧化鈦的質(zhì)量比為O. 5^10 :9(Γ99. 5 ;所述混合物的制備方法為按比例取納米銀與納米二氧化鈦混合配成溶液，經(jīng)超聲處理，于225°C下水熱釜中反應(yīng)2小時，離心洗滌、分離，550°C下保溫2小時，得到納米銀摻雜納米二氧化鈦的光催化復(fù)合物。一種光催化納米材料，由納米氧化銅、氧化鋅或氧化鎂與納米二氧化鈦構(gòu)成的混合物，所述納米氧化銅、氧化鋅或氧化鎂與納米二氧化鈦的質(zhì)量比為2 12 88^98 ;所述混合物的制備方法為按比例取納米氧化銅、氧化鋅或氧化鎂與納米二氧化鈦混合配成溶液，經(jīng)超聲處理，于225°C下水熱釜中反應(yīng)2小時，離心洗滌、分離，550°C下保溫2小時，得到納米氧化銅、氧化鋅或氧化鎂摻雜納米二氧化鈦的光催化復(fù)合物。上述光催化納米材料的納米粒徑在10 60nm。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在金屬離子摻雜是改善TiO2光催化性能的常用方法之一，當(dāng)半導(dǎo)體表面和金屬接觸時，載流子重新分布，電子從費米能級較高的η型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到費米能級較低的金屬，直到它們的費米能級相同，形成肖特基勢壘，成為俘獲激發(fā)電子的有效陷阱，光生載流子被分離，從而抑制了電子和空穴的復(fù)合。通過摻雜將銀離子引 入到TiO2晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在晶格中引入新電荷，形成缺陷或改變晶格類型，從而影響光生電子和空穴的運動狀況、調(diào)整其分布狀態(tài)或者改變TiO2的能帶結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致TiO2的光催化活性發(fā)生不同程度的改變。半導(dǎo)體復(fù)合本質(zhì)上是一種顆粒對另一種顆粒的修飾，通過半導(dǎo)體的復(fù)合可提高系統(tǒng)的電荷分離效果，很容易調(diào)節(jié)半導(dǎo)體的帶隙和廣譜吸收范圍，使光吸收呈帶邊型，通過粒子的表面改性可增加其光穩(wěn)定性和超親水性。采用氧化鋅、氧化鎂、氧化銅半導(dǎo)體材料來修飾TiO2,因混晶效應(yīng)，能提高TiO2催化活性和改變晶體結(jié)構(gòu)，從而提高其光催化性能。納米材料的光催化活性與材料的納米粒徑有關(guān)。粒徑小,光生電子和空穴從TiO2體內(nèi)擴散到表面的時間短，它們在TiO2體內(nèi)的復(fù)合幾率減小，到達表面的電子和空穴數(shù)量多，光催化活性高。例如在IOOOnm普通粉體TiO2粒子中從體內(nèi)擴散到表面約需100ns，而在粒徑為IOnm粒子中則只需10ps。此外，粒徑小、比表面積大，有助于氧氣及被降解有機物在TiO2表面的預(yù)先吸附，則反應(yīng)速率快，光催化效率必然增大。當(dāng)顆粒大小為f IOnm時，出現(xiàn)量子尺寸效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)會導(dǎo)致禁帶變寬，并使能帶藍移，所需激發(fā)光的能量升高，將導(dǎo)致TiO2光敏化程度變?nèi)?。并且在制備TiO2的過程中，焙燒溫度越低，納米TiO2的粒徑越小，但是焙燒溫度低于523K時，TiO2樣品為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，此溫度下納米TiO2的粒徑為10. 8nm ;523K焙燒TiO2的樣品為銳鈦礦結(jié)構(gòu)，隨著焙燒溫度升高，TiO2的樣品的晶粒逐漸長大；當(dāng)焙燒溫度為823Κ時，開始發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)金紅石相；當(dāng)熱處理溫度達到1073Κ時，TiO2樣品完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石結(jié)構(gòu)，此溫度下納米TiO2的粒徑為56. 3nm。一定比例的銳鈦礦與金紅石復(fù)合更有利于光催化效果的提高，因此光催化納米材料粒徑在l(T60nm之間光催化效果達到最大。光催化納米材料可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域，例如在冰箱除菌除異味方面，其可以涂覆在冰箱內(nèi)件表面，也可以涂覆在其它基材上安裝在箱體內(nèi)。沒有光催化時納米材料也具備除菌除異味功能，當(dāng)用紫外光照射時，納米材料的除菌除異味效率提高。


圖1為· OH和· 02_自由基具有殺菌作用的機理圖。
具體實施例方式實施例1 :稱取O. 5質(zhì)量份的納米銀、99. 5質(zhì)量份的納米二氧化鈦，混合配成溶液，經(jīng)超聲處理，于225°C下水熱釜中反應(yīng)2小時，離心洗滌、分離，550°C下保溫2小時，得到納米銀摻雜納米二氧化鈦的光催化復(fù)合物，復(fù)合物的粒徑在l(T60nm之間。實施例2 :制備方法同實施例1，所不同的是，納米銀取1. 5質(zhì)量份，納米二氧化鈦取98. 5質(zhì)量份。實施例3 :制備方法同實施例1，所不同的是，納米銀取2. 5質(zhì)量份，納米二氧化鈦取97. 5質(zhì)量份。實施例4 :制備方法同實施例1，所不同的是，納米銀取5質(zhì)量份，納米二氧化鈦取95質(zhì)量份。實施例5 :制備方法同實施例1，所不同的是，納米銀取6質(zhì)量份，納米二氧化鈦取94質(zhì)量份。實施例6 :制備方法同實施例1，所不同的是，納米銀取8質(zhì)量份，納米二氧化鈦取92質(zhì)量份。實施例7:制備方法同實施例1，所不同的是，納米銀取10質(zhì)量份，納米二氧化鈦取90質(zhì)量份。實施例8 :稱取2質(zhì)量份的納米氧化鋅、98質(zhì)量份的納米二氧化鈦，混合配成溶液，經(jīng)超聲處理，于225°C下水熱釜中反應(yīng)2小時，離心洗滌、分離，550°C下保溫2小時，得到納米銀摻雜納米二氧化鈦的光催化復(fù)合物，復(fù)合物的粒徑在l(T60nm之間。實施例9 :稱取4質(zhì)量份的納米氧化銅、96質(zhì)量份的納米二氧化鈦，混合配成溶液，經(jīng)超聲處理，于225°C下水熱釜中反應(yīng)2小時，離心洗滌、分離，550°C下保溫2小時，得到納米銀摻雜納米二氧化鈦的光催化復(fù)合物，復(fù)合物的粒徑在l(T60nm之間。實施例10 :稱取12質(zhì)量份的納米氧化鎂、88質(zhì)量份的納米二氧化鈦，混合配成溶液，經(jīng)超聲處理，于225°C下水熱釜中反應(yīng)2小時，離心洗滌、分離，550°C下保溫2小時，得到納米銀摻雜納米二氧化鈦的光催化復(fù)合物，復(fù)合物的粒徑在l(T60nm之間。實施例11 :制備方法同實施例8，所不同的是，納米氧化鋅取6質(zhì)量份，納米二氧化鈦取94質(zhì)量份。實施例12 :制備方法同實施例9，所不同的是，納米氧化銅取8質(zhì)量份，納米二氧化鈦取92質(zhì)量份。
權(quán)利要求
1.一種光催化納米材料，其特征是由納米氧化銅、氧化鋅或氧化鎂與納米二氧化鈦構(gòu)成的混合物，混合物中所述納米氧化銅、氧化鋅或氧化鎂的質(zhì)量份為2 12，所述納米二氧化鈦的質(zhì)量份為88、8 ;所述混合物的制備方法為按比例取納米氧化銅、氧化鋅或氧化鎂與納米二氧化鈦混合配成溶液，經(jīng)超聲處理，于225°C下水熱釜中反應(yīng)2小時，離心洗滌、分離，550°C下保溫2小時，得到納米氧化銅、氧化鋅或氧化鎂摻雜納米二氧化鈦的光催化復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光催化納米材料，其特征在于，所述光催化納米材料的納米粒徑在10 60nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光催化納米材料，由納米銀與納米二氧化鈦構(gòu)成的混合物，所述納米銀與所述二氧化鈦的質(zhì)量比為0.5~1090~99.5；所述混合物的制備方法為按比例取納米銀與納米二氧化鈦混合配成溶液，經(jīng)超聲處理，于225℃下水熱釜中反應(yīng)2小時，離心洗滌、分離，550℃下保溫2小時，得到納米銀摻雜納米二氧化鈦的光催化復(fù)合物。本發(fā)明混合物可用在冰箱除菌除異味方面，其可以涂覆在冰箱內(nèi)件表面，也可以涂覆在其它基材上安裝在箱體內(nèi)。
文檔編號B01J23/72GK103055862SQ20131000265
公開日2013年4月24日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者胡海梅, 闞苗, 白瑩, 張啟花, 方波, 白連社, 李猛 申請人:合肥美菱股份有限公司