[发明专利]一种醇热法合成Ti3+掺杂二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种醇热法合成Ti³⁺掺杂二氧化钛的制备方法。

技术背景

随着环境问题的日益严峻，大气、水体污染不断加剧，光催化技术用于处理环境中的各种污染物越来越成为人们关注的焦点，其中二氧化钛(TiO₂)以其无毒、催化活性高、化学稳定性好、廉价易得及可直接利用太阳光等优点收到人们的重视，并成为典型的光催化剂。而二氧化钛因其自身的禁带宽度为3.2eV，决定其只能被仅占有太阳光5％的紫外光所激发产生光生电子和空穴，用于氧化还原有机污染物。因此，怎样扩大二氧化钛光吸收成为了人们关注的焦点。修饰二氧化钛作为一种最常用的方法，可有效减小二氧化钛能带，提高其对可见光的吸收。Ti³⁺修饰具有实验操作简单、光吸收增强显著等优点，是设计新型二氧化钛可见光催化剂的理想途径之一。

采用醇溶剂热方法应用于钛前躯溶胶的热处理，通过高温高压环境，促使醇还原Ti⁴⁺到Ti³⁺，可原位一步合成Ti³⁺原位修饰的二氧化钛。通过调节合成温度和反应时间，不仅扩大了二氧化钛光吸收，而且相较于其他金属、非金属掺杂的二氧化钛及其通过高能离子轰击等手段制得的Ti³⁺修饰的二氧化钛，其优点在于不引入其他杂质，且合成工艺要求低，成本低，稳定性好。由于是在高温高压环境下反应生成，这种Ti³⁺原位修饰的二氧化钛具有很好的热稳定性，同时增加TiO₂的光吸收，提高对光的利用率，从而提高其光催化活性。

发明内容

本发明的目的是提出一种方便快捷合成Ti³⁺掺杂二氧化钛的制备新方法。

一种醇热法合成Ti³⁺掺杂二氧化钛的制备方法，其特征在于，按下列步骤进行：

首先，在常温配置由钛的前驱物、醇溶剂按混合组成的前驱溶液；

然后，将前驱溶液转移到水热釜中，控制溶剂热温度在433K至623K，时间在12h至240h，得到Ti³⁺掺杂二氧化钛。

所述醇溶剂为一到四个碳原子的一元或多元醇，如甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丁醇、苯甲醇。

所述钛的前驱物是四氟化钛、四氯化钛、钛酸四丁酯、三氯化钛以及硫酸氧钛中的一种或两种。

钛的前驱物与醇溶剂的摩尔比在1:1到1:3000。

本发明通过对前驱溶液比例、醇热时间和温度的调变可以得到Ti³⁺掺杂二氧化钛。这种Ti³⁺原位修饰的二氧化钛可能在其他的领域，如太阳能电池、光电材料方面有着潜在的应用。

附图说明

图1是实施例1中Ti³⁺掺杂二氧化钛样品典型的粉末晶体衍射XRD图。

图2是实施例1中Ti³⁺掺杂二氧化钛样品典型的固体紫外漫反射图。

图3是实施例1中Ti³⁺掺杂二氧化钛样品典型的光学照片。

具体实施方式

实施例1

常温下，分别将1mL的三氯化钛(70wt％)与1mL钛酸四丁酯加入30mL的乙醇中，充分搅拌，得到无固体沉淀的溶液转移至50mL水热釜中，放入烘箱保持200℃，14h。取出自然冷却至室温，洗涤、干燥，即制得Ti³⁺掺杂二氧化钛。

实施例2

常温下，将0.05g的四氟化钛加入20mL的无水乙醇中，充分搅拌，得到无色透明溶液转移至50mL水热釜中，放入烘箱保持250℃，24h。取出自然冷却至室温，洗涤、干燥，即制得Ti³⁺掺杂二氧化钛。

实施例3

常温下，将0.05g的四氟化钛加入20mL的叔丁醇中，充分搅拌，得到无色透明溶液转移至50mL水热釜中，放入烘箱保持250℃，24h。取出自然冷却至室温，洗涤、干燥，即制得Ti³⁺掺杂二氧化钛。

实施例4

常温下，将0.05g的四氟化钛加入20mL的甲醇中，充分搅拌，得到无色透明溶液转移至50mL水热釜中，放入烘箱保持250℃，24h。取出自然冷却至室温，洗涤、干燥，即制得Ti³⁺掺杂二氧化钛。

实施例5