[发明专利]一种制备TiO2纳米晶体颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能性光催化剂材料制备领域，尤其涉及一种制备TiO₂纳米晶体颗粒的方法。 

背景技术

二氧化钛（TiO₂）由于具有来源丰富、无毒、稳定性好等特点，受到工业和科研界的广泛关注。近期，锐钛矿相TiO₂被认为是最理想的光催化材料之一，被广泛应用于光催化空气净化和光催化水处理中。 

锐钛矿相TiO₂的光催化效率与其尺寸大小、形貌、分散程度、结晶性等息息相关，通常来说，小的颗粒尺寸具有大的比表面积，能吸附较多的有机物，通常表现出较高的光催化效率；同样，颗粒的分散程度越大，越有利于光催化效率的提升。 

目前，虽然有关于可控合成TiO₂纳米颗粒的研究报道，但这些报道的制备方法或多或少都有一些它们的局限性。如采用胺解法制备粒径可调控的TiO₂纳米晶体颗粒方法（Z. Zhang, X. Zhong, S. Liu, D. Li, M. Han, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 3466，Aminolysis route to monodisperse titania nanorods with tunable aspect ratio），所述方法能够制备出单分散较好的TiO₂纳米晶体颗粒方法，然而，该方法制备的过程中使用了大量的十八烯作为溶剂，并采用油酸和油胺作为反应剂，使的制备得到的单分散性TiO₂纳米晶体颗粒具有很强的疏水性，不利于光催化效率的提升，同时，该方法的制备过程中也产生了较多的有机物污染。 

当采用水溶性体系制备TiO₂纳米晶体颗粒时，所制备出的TiO₂纳米晶体颗粒往往不具有很好的单分散性，并且容易发生团聚。此外，为限制钛源的水解速度，水溶性体系合成TiO₂纳米晶体颗粒过程中常常需要添加保护剂，此类保护剂通常为有机络合物（X. Chen, S. Mao, Chem. Rev., 2007, 107, 2891），这些有机络合物容易限制所制备出的TiO₂纳米晶体颗粒光催化效率，同时也易造成环境污染。 

因此，通过简单、无污染地方法制备出单分散、高光催化活性的锐钛矿相TiO₂纳米晶体颗粒仍旧是一项技术难题。 

发明内容

鉴于现有技术的不足，本申请提供一种制备TiO₂纳米晶体颗粒的方法，以制备出单分散、高光催化活性的锐钛矿相TiO₂纳米晶体颗粒。 

本申请所提供的一种制备TiO₂纳米晶体颗粒的方法，包括： 

将钛酸纳米管分散在双氧水水溶液中进行水热反应，得到单分散、高光催化活性的锐钛矿相TiO₂纳米晶体颗粒。

优选的，制备所述钛酸纳米管的步骤为：将钛源与氢氧化钠水溶液混合后经水热反应得到钛酸钠纳米管，将所述钛酸钠纳米管通过酸交换获得钛酸纳米管；或者，将钛源与氢氧化钾水溶液混合后经水热反应得到钛酸钾纳米管，将所述钛酸钾纳米管通过酸交换获得钛酸纳米管；或者，将金属钛在含有氟离子的电解液中通过阳极氧化制备出钛酸纳米管。 

优选的，所述钛源选自TiO₂粉体、偏钛酸、正钛酸、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、异丙醇钛、钛酸四丁酯中的一种或者几种。 

优选的，所述氢氧化钠水溶液或所述氢氧化钾水溶液的浓度为5至15摩尔每升。 

优选的，所述水热反应的温度为80至150摄氏度，时间为2至24小时。 

优选的，所述酸交换包括： 

将钛酸钠纳米管或钛酸钾纳米管洗涤分离；

将所述洗涤分离后的钛酸钠纳米管或钛酸钾纳米管放入酸溶液中进行氢离子交换获得钛酸纳米管，所述酸溶液选自硝酸、盐酸、硫酸、醋酸中的一种或者几种，酸溶液的浓度为0.0001至0.1摩尔每升；

将所述获得的钛酸纳米管进行洗涤分离。

优选的，所述钛酸纳米管分散在所述双氧水水溶液中的质量分数为0.001%至5%。 

优选的，在制备所述钛酸纳米管步骤中，所述水热反应的温度为60至160摄氏度，时间为1至48小时。