[发明专利]一种制备掺杂二氧化钛纳米晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备掺杂二氧化钛纳米晶体的方法。

背景技术

金属氧化物半导体二氧化钛(TiO₂)是宽禁带半导体材料，禁带宽度在3.0～3.41eV左右，在0.35～12μm波长区间透明，折射率高，并具有力学性能高、化学性能稳定的特性等等。锐钛矿型TiO₂具有光催化特性，在众多的光催化剂(TiO₂，ZnO，Fe₂O₃，CdS等)中，TiO₂以其无毒、催化活性高、稳定性好、价廉易得等特点受到人们的重视。利用其对水中有机污染物进行光催化降解，最终生成无毒无味的CO₂，H₂O及一些简单的无机物。TiO₂只能吸收紫外波段的光，使其在日常条件下的光催化效率低下。因此，研究者们通过掺杂手段解决这一问题。目前制备掺杂纳米TiO₂的方法主要有水解法、化学沉淀法、溶胶一凝胶法、微乳液法和气相反应法等。其中溶胶一凝胶法因操作简单、合成的TiO₂纯度高且粒度了而受到青睐，但该方法需作进一步的热处理(350℃以上)，才能得到结晶的TiO₂。而热处理过程容易引起TiO₂颗粒的长大与团聚，影响了TiO₂的光催化性能，也限制了TiO₂在不能经受高温热处理材料上的应用。所以，在温度较低的条件下合成结晶的锐钛矿型TiO₂是近年来TiO₂制备中的难题和热点。如果能在低于100℃的条件下，制备出锐钛矿型TiO₂纳米颗粒，并且可掺入不同元素以调节控制TiO₂纳米颗粒的大小对于纳米TiO₂的实际应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种在常温条件下制备掺杂二氧化钛纳米晶体的方法。

掺杂二氧化钛纳米晶体的方法，步骤如下：

1)将钛的化合物和待掺入元素的化合物溶解于有机溶剂中，得A液，待掺入元素的化合物和钛的化合物的摩尔比为0.001-0.3，设钛的化合物和待掺入元素的化合物的摩尔数之和为X，有机溶剂的摩尔数与X的比值大于4；

2)用酸液将水的pH值调节至小于6，得B液，水的摩尔数与X的比值大于20；

3)将B液逐滴滴入A液中，搅拌直到形成稳定的溶胶；

4)将溶胶在15-100℃下干燥，去除水和有机溶剂，得到掺杂二氧化钛纳米晶体。

上述的钛的化合物可以是钛酸丁酯、氯化钛或钛酸异丙酯。所说的有机溶剂可以是乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、四氢呋喃、丙酮和丁醇中的一种或几种。所说的调节pH值的酸液是硝酸或盐酸。所说的掺杂元素的化合物是乙酰丙酮氧钒、氢氧化铌、硅酸乙酯、硼酸丁酯、硝酸镍和硝酸铬中的一种或几种。

本发明的有益效果在于：

本发明无需特殊装置和高温条件，制备方法简单，在常温条件下即可得到掺杂的纯锐钛矿相结构二氧化钛纳米颗粒的溶胶。本发明制得的掺杂二氧化钛纳米晶体颗粒尺寸分布均匀，直径小于10纳米，具有优异的光催化、除臭、杀菌性能。

附图说明

图1是掺杂二氧化钛纳米晶体的透射电镜的照片，右上角为其衍射环；

图2是掺杂二氧化钛纳米晶体的X射线衍射图谱。

具体实施方式

以下结合具体实例进一步说明本发明。

实施例1

1)将钛酸丁酯、乙酰丙酮氧钒和乙醇按1∶0.15∶6的摩尔比混合于容器中搅拌30min，得到A液；

2)用硝酸调节水的pH值到5，得B液，水的摩尔数与钛酸丁酯和乙酰丙酮氧钒摩尔数之和的比值为40；

3)将B液逐滴滴入A液中，搅拌直到形成稳定的溶胶；

4)将溶胶倒入底面积较大容器中，在常温、通风条件下放置干燥，去除水和有机溶剂，得到掺杂二氧化钛纳米晶体。

制得的掺杂二氧化钛晶体的透射电镜照片如图1所示，照片的右上角为晶体的衍射环。掺杂二氧化钛晶体的X射线衍射图谱如图2所示。由图1、图2可见，该晶体为锐钛矿相二氧化钛纳米晶体，尺寸为5纳米，且尺寸分布均匀。

实施例2

1)将钛酸异丙酯、氢氧化铌和乙醇按1∶0.001∶10的摩尔比混合于容器中搅拌15min，得到A液；