[发明专利]一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化纳米材料制备技术领域，具体涉及黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法及用途。

背景技术

二氧化钛是太阳能驱使的清洁能源和环境保护技术发展过程中最具前景的半导体材料。二氧化钛是多晶型化合物，自然界中存在金红石型、锐钛矿型和板钛矿型三种结晶形态，锐钛矿和板钛矿均属亚稳相，经焙烧均可转化为稳定的金红石相。由于人工合成很难制备单一相的板钛矿二氧化钛，板钛矿二氧化钛的性能也有待进一步探索。板钛矿二氧化钛中钛、氧原子八面体的排布和链接方式，使其(100)晶面上具有暴露的氧原子，这样使得其能够成为光催化反应中的活性原子，因而在光催化等领域有潜在的应用前景。

目前文献报道的板钛矿相二氧化钛的制备方法多数采用化学法在有机溶剂中合成或者使用脉冲激光沉积技术合成板钛矿二氧化钛薄膜或者采用水热法得到板钛矿二氧化钛。然而，已报道的板钛矿相二氧化钛的制备方法，高能耗、多步骤、合成条件苛刻、设备昂贵，而且这些合成方法很难得到单一板钛矿相均匀分布的二氧化钛，使得这些方法在实际应用中受到了一定的限制。

近期，由于能够充分利用可见光，黑色二氧化钛在光催化反应中的应用成为人们关注的焦点，Ti³⁺缺陷的引入作为一个有效的方法来减少可能的环境问题。因此，黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备具有实际的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种简易的黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法，该方法是以类凝胶状的钛源进行水热反应形成微晶，再经煅烧过程制成。本发明所述方法具有原料种类少、操作简单、条件温和、工艺简易等特点，通过该制备方法获得的黑色单一板钛矿相二氧化钛晶相单一、晶粒形状相近，并且三价钛缺陷的引入可有效抑制光生电子-空穴对的复合，赋予材料优异的可见光光催化性能。通过本发明所述方法获得的黑色单一板钛矿相二氧化钛具有稳定性好和循环性高的优点，在实际无机催化剂处理工业污染物等领域具有广泛的应用前景。

本发明所述的一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法，其特征在于该方法以类凝胶状的钛源进行水热反应形成微晶，再经煅烧过程制备具有晶相纯度高、三价钛缺陷浓度高、可见光吸收度高的黑色单一板钛矿相二氧化钛，具体操作按下列步骤进行：

a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；

b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝8-10，接着加入0.2-0.6g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；

c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；

d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL 1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；

e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N₂氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。

所述的方法获得的黑色单一板钛矿相二氧化钛在可见光下降解工业污染物有机染料亚甲基蓝中的用途。

附图说明

图1为本发明的扫描电子显微镜照片，其中标尺长度为200nm，通过扫描电子显微镜图可以看出微晶形状分布均匀，呈现具有一定厚度的片层状，长度为300nm左右；

图2为本发明的高分辨透射电子显微镜照片，其中标尺长度为10nm，插图标尺长度为50nm；

图3为本发明分别在pH＝8、pH＝9和pH＝10得到的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明不仅限于下述的实施例：

实施例1

a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；

b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝8，接着加入0.4g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；

c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；