[发明专利]制备自掺杂型黑色二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化钛制备技术领域，涉及一种制备自掺杂型黑色二氧化钛的方法。

背景技术

随着二十一世纪人口与经济的增长，环境问题日益成为制约人类发展、影响人类健康的核心因素。对于中国，针对室内空气环境，如何降低空气当中有害气体的含量成为人们心中日益关注的问题。光触媒作为一种无毒害且高效的纳米光催化剂，其可以起到分解甲醛、甲苯、TVOC等有害气体的作用，并且可以杀菌消毒，因此逐渐受到市场的热捧，如表面覆盖有二氧化钛薄膜自洁净玻璃。目前，国内市场上绝大多数的光触媒均以二氧化钛为核心材料，性能卓越且价格低廉。然而目前绝大多数的二氧化钛型光触媒，其二氧化钛粉体为白色，即未经过任何掺杂处理。白色二氧化钛为本征半导体，禁带宽度为3.2eV。根据半导体光催化的原理，白色二氧化钛只有吸收太阳光谱中的紫外部分才能发挥其光催化特性。然而阳光中的紫外部分仅为5%以下，因此白色二氧化钛的量子产率较低。

为了提高白色二氧化钛的量子产率，人们开始尝试将二氧化钛与其他离子进行掺杂，降低其禁带宽度。目前几乎所有可以尝试的离子均对二氧化钛进行了掺杂并进行了效果测试。其中二氧化钛的自掺杂，即部分三价的钛取代了四价的钛，成为了人们研究的热点。众所周知，二氧化钛当中的钛为四价，而所谓的自掺杂，是利用了钛离子具有三价及四价两种不同的价态形式，通过将部分四价的钛离子进行还原转变成三价的钛离子，进而实现在二氧化钛当中进行三价钛离子的自掺杂。目前针对二氧化钛的自掺杂，国内外的报道均为化学还原法，其总的制备方法可总结为通过将钛的前躯体与还原剂相混合，在惰性条件下进行还原。该方法虽然可以实现自掺杂，但由于涉及到惰性气体等制约因素，且需要加热煅烧，对生产条件要求严格，因此效率较低。并且该类方法无法针对市场上已有的廉价白色二氧化钛进行改性，其整个制备方法等于重新对二氧化钛进行合成，因此无法充分发挥市面已有白色二氧化钛在晶体尺寸方面的优势。

综上所述，通过自掺杂方法制备的黑色二氧化钛，其对提高光触媒量子产率起到了至关重要的作用。而如何寻找出一种廉价简便且生产效率高的方法制备出低成本的黑色二氧化钛，则成为了当前研究的主要课题。

发明内容

针对现有的制备自掺杂型黑色二氧化钛的方法制备工艺复杂、生产效率低的问题，本发明提出了一种制备自掺杂型黑色二氧化钛的方法，通过采用电化学还原白色二氧化钛粉体，使得二氧化钛当中部分的四价钛被电子还原成三价钛。

根据本发明所述的制备自掺杂型黑色二氧化钛的方法，包括以下步骤：

提供阳极钛片和阴极钛片，其中，所述阴极钛片与所述阳极钛片的面积比为1：1～2：1；

除去所述阳极钛片表面的氧化层；

除去所述阴极钛片表面的氧化层，然后在所述阴极钛片表面镀覆白色二氧化钛涂层；

将1份质量的硫酸铵、4～8份质量的水和300～700份质量的乙二醇混合，得到电解液；

以所述阳极钛片为阳极，以所述阴极钛片为阴极，在所述电解液中以电化学还原法还原所述白色二氧化钛涂层，得到自掺杂型黑色二氧化钛。

根据本发明所述的制备自掺杂型黑色二氧化钛的方法中，在所述阴极钛片表面镀覆白色二氧化钛涂层的步骤包括以下子步骤：

S1：将100份质量的白色二氧化钛粉体放置于烧杯中，然后加入30～50份质量的水和10～20份质量的乙二醇，搅拌均匀后，得到含有白色二氧化钛的浆料；

S2：将所述浆料涂覆在所述阴极钛片表面；

S3：将所述阴极钛片在110℃～150℃下烘干；

S4：将所述步骤S2与所述步骤S3依次重复三到七次。

根据本发明所述的制备自掺杂型黑色二氧化钛的方法中，以电化学还原法还原所述白色二氧化钛涂层的步骤包括以下子步骤：

将所述阳极钛片和所述阴极钛片完全浸没于所述混合液中，使所述阳极钛片正对所述阴极钛片，且所述阳极钛片和所述阴极钛片距离为3cm～6cm；

将所述阳极钛片与直流稳压电源的正极电连接，将所述阴极钛片与所述直流稳压电源的负极电连接，控制所述直流稳压电源输出10V～25V的电压，并持续30秒～180秒。

根据本发明所述的制备自掺杂型黑色二氧化钛的方法中，所述方法进一步包括以下步骤：

将所述自掺杂型黑色二氧化钛加入到无水乙醇中并搅拌清洗一定次数，以除去所述自掺杂型黑色二氧化钛中残留的电解液，然后离心分离出所述自掺杂型黑色二氧化钛；