[发明专利]一种醇热法制备纯相钛酸铋与氧化钛复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料和催化剂领域，具体涉及一种钛酸铋-氧化钛复合材料的制备方法，所制得的复合材料在太阳光下具有良好的光催化降解有机污染物活性。 

背景技术

近年来，由窄带隙半导体和宽带隙半导体耦合形成的异质结复合半导体材料引起科研人员的关注。在各种窄带隙半导体中，钛酸铋化合物（Bi₂Ti₂O₇、Bi₁₂TiO₂₀、Bi₂₀TiO₃₂等）是一类具有高可见光活性的半导体光催化材料。将带隙能高的TiO₂( 3.2eV)和带隙能低的钛酸铋系化合物复合，就可以在其界面形成势垒和能谷，改变光生载流子的迁移过程，促进光生电子-空穴的有效分离，从而达到提高光催化效率的目的。

含铋多元金属氧化物常采用固相烧结法和液相法合成。前者是通过高温烧结，以热能来促使前驱体的分解和化学反应的发生，但是，由于金属铋是一种易挥发元素，在高温烧结的过程中，可能引起铋元素的流失，最终导致杂质相的出现。因此，目前液相法制备铋基光催化剂的方法应用最多。但液相法中铋盐难以溶解和水解，造成铋盐与钛盐的水解速度不匹配，需要加入抑制剂(如醋酸、乙酰丙酮、草酸等)抑制钛盐的水解速度，同时加入矿化剂(如氢氧化钾、氨水等)加速铋盐的溶解和水解。这使得反应体系复杂且残留许多杂质。在采用液相法制备钛酸铋与氧化钛复合材料的方法中，北京科技大学侯军钢等在氢氧化钾强碱性条件和聚乙烯醇辅助作用下，采用水热法制得了花瓣状的Bi₁₂TiO₂₀/TiO₂异质结材料；东北师范大学的邵长路等首先利用静电纺丝制备TiO₂纤维，再利用水热法制备出Bi₂Ti₂O₇/TiO₂和Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂异质结材料。上述改进方法，可获得规则形貌的钛酸铋-氧化钛复合纳米材料，但合成路线较复杂，工艺要求较高。

与水相比，有机溶剂沸点低、介电常数小，在同样温度下，溶剂热可达到比水热合成更高的气压，从而有利于某些化学反应及半导体晶化的进行。溶剂热法就是利用非水介质的一些特性完成许多在水溶液条件下无法进行的反应，从而制备纳米材料的方法。其原理是将含有前驱体和有机溶剂的体系置于高温高压密闭容器，反应一定时间后，经分离和热处理得到产物。有机溶剂作反应介质，能够利用非水介质的一些特性(如极性或非极性、配位性能、热稳定性等) 完成许多在水溶液条件下无法进行的反应，从而制备一些具有特殊性质和结构的纳米材料；此外，以有机溶剂代替水作为反应介质时，可有效避免固体表面羟基的存在，提高纳米材料的分散性。因此溶剂热法逐渐成为纳米材料的重要合成技术。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中液相法存在的上述缺陷，为钛酸铋-氧化钛（Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂，Bi₂Ti₂O₇/TiO₂，Bi₂₀TiO₃₂/TiO₂）复合材料提供一种新的合成方法，所述方法可制得多种不同纯相钛酸铋（Bi₄Ti₃O₁₂、Bi₂Ti₂O₇、Bi₂₀TiO₃₂）与氧化钛的复合材料，且形貌可控，制得的钛酸铋-氧化钛复合材料具有优异的光催化活性。

所述的方法采用丙三醇助醇热法，将铋盐溶于丙三醇和乙醇的混合溶剂中形成溶胶，与二氧化钛溶胶充分混合，在一定温度和压力下反应，形成钛酸铋的前驱体，通过控制反应体系中丙三醇的加入量和产物的煅烧温度构建不同类型和不同形貌钛酸铋-氧化钛复合材料。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：