[发明专利]一种{001}面暴露微米层状二氧化钛光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备方法，具体为一种{001}面暴露微米层状二氧化钛光催化剂的制备方法，属于光催化剂领域。

背景技术

近年来，利用半导体光催化制备新能源和处理环境污染已引起世界广泛关注。TiO2以其无毒、催化活性高、化学稳定性好、价廉易得及可直接利用太阳光等优点受到人们的重视，并成为典型的光催化剂。二氧化钛的光催化性能主要取决于晶相、结晶度、比表面、结构以及暴露的晶面。到目前为止，对于晶相、结晶度和比表面对二氧化钛光催化性能的影响已有较深入的研究。理论计算显示，锐钛矿二氧化钛晶体各晶面的平均表面能的高低顺利为：0.90J·m-2{001}＞0.53J·m-2{100}＞0.44J·m-2{101}。因此，在锐钛矿二氧化钛晶体中，{001}高能晶面的反应活性要高于{101}晶面，但是目前合成的二氧化钛主要还是以低能量的{001}晶面暴露为主，而关于{001}高能晶面暴露二氧化钛的相关报道还较少。2008年，Yang Huagui课题组通过水热法合成了{001}面暴露率为47％的单晶锐钛矿二氧化钛；随后也有人报道了{001}面暴露率达到89％的片状单晶二氧化钛。然而已有报道均是在水热条件下利用氢氟酸作为形貌控制剂来合成{001}面暴露的单晶二氧化钛，且合成的样品形貌单一、尺寸不可调、结构简单且暴露率均不到90％。

采用溶剂热方法，通过高温高压环境，促使特殊的{001}面暴露微米层状二氧化钛的形成，经过离心处理，即可得到{001}面暴露率大于90％微米层状锐钛矿二氧化钛。这种{001}面暴露微米层状锐钛矿二氧化钛在有机合成、环境治理、染料敏化太阳能电池、光电材料等方面有着潜在的应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种简便快捷、可控性强的制备{001}面暴露微米层状二氧化钛光催化剂的新方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种{001}面暴露微米层状二氧化钛光催化剂的制备方法，具体步骤如下：

1)常温下，将0.1-1.5g的四氟化钛加入到40-200ml苯甲醇中，剧烈搅拌至四氯化钛完全溶解形成透明的溶液；

2)将透明的溶液转移到50-500ml聚四氟乙烯水热釜中，在140-200℃保持6-72h后自然冷却至室温，离心后即制得微米片层状锐钛矿单晶二氧化钛。

所述的四氟化钛和苯甲醇的混合溶液的填充量为整个釜体积的80％。

所述的四氟化钛与苯甲醇的比例在1∶500到1∶200(是指四氟化钛的质量(克)除以苯甲醇的体积(毫升)，单位为g/ml)。

步骤2)中，优选的自然冷却时间为24h。

本发明通过简单的溶剂热方法，通过改变原料液组分、溶剂热时间及温度可制备{001}面暴露率大于90％微米层状锐钛矿二氧化钛光催化剂。具体的工艺按下列步骤进行：首先，在常温配置原料液。然后将原料液转移到聚四氟乙烯釜(溶液占釜体积80％)中，控制反应温度和时间，可得到白色沉淀。沉淀经离心分离后得到{001}面暴露微米层状二氧化钛光催化剂。所制备光催化剂在甲苯选择性光催化氧化制备苯甲醛的反应中显示出高于普通商业TiO₂(Degussa，P-25)的催化活性。

附图说明

图1为本发明实施例2的x-射线晶体衍射图。

图2为本发明实施例2的扫描电子显微镜图(a)和透射电子显微镜图(b)。

图3为本发明不同反应时间所制备微米层状二氧化钛的扫描电子显微镜图：(a)实施例1，(b)实施例2，(c)实施例3。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。

实施例1

常温下，将0.10g的四氟化钛加入到40ml苯甲醇中，剧烈搅拌至四氯化钛完全溶解形成透明溶液，然后将溶液转移到50ml聚四氟乙烯釜中，在160℃保持12h后自然冷却至室温，离心后即制得微米片层状锐钛矿单晶二氧化钛。

实施例2

常温下，将0.10g的四氟化钛加入到40ml苯甲醇中，剧烈搅拌至四氯化钛完全溶解形成透明的溶液，然后将溶液转移到50ml聚四氟乙烯水热釜中，在160℃保持24h后自然冷却至室温，离心后即制得微米片层状锐钛矿单晶二氧化钛。

实施例3

常温下，将0.10g的四氟化钛加入到40ml苯甲醇中，剧烈搅拌至四氯化钛完全溶解形成透明的溶液，然后将溶液转移到50ml聚四氟乙烯水热釜中，在200℃保持72h后自然冷却至室温，离心后即制得微米片层状锐钛矿单晶二氧化钛。