[发明专利]一种高（001）面锐钛矿型二氧化钛纳米晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米二氧化钛技术领域，具体涉及一种高(001)面锐钛矿型二氧化钛纳米晶的制备方法。

背景技术

纳米二氧化钛是目前使用最广泛的光催化材料。其中，锐钛矿型纳米二氧化钛由于其化学物理稳定性好、环境友好、资源量充足、光催化性能优异等特点，广泛应用于光催化、太阳能电池、防紫外添加剂、生物体移植、抗菌除臭、器皿材料、光子晶体、重金属污染处理等先进领域，是最具有开发前景的光电、绿色环保材料。

锐钛矿型二氧化钛(001)晶面由于较高的能量，具有良好的反应活性，因此占比越高，则材料的光催化性能越好。但是，在自然成核生长过程中，锐钛矿型二氧化钛的(001)晶面生长迅速，通常很难合成出，这在一定程度上制约了高光催化活性纳米二氧化钛的工业生产以及推广。

自2008年首先报道利用氟离子降低(001)的表面能进而合成出高(001)面的微米单晶锐钛矿型二氧化钛的研究后(Yang et al.2008.Anatase TiO₂single crystals with a large percentage of reactive facets.Nature,453:638-642)，利用含氟成分合成高(001)面的锐钛矿型二氧化钛的方法得到了广泛推广。

目前合成高(001)面的锐钛矿型二氧化钛都是采用前驱体和诱导剂、控制剂进行反应获得，其中前驱物溶液有四氟化钛、四氯化钛、三氯化钛、钛粉+过氧化氢、四氯化钛+氧气、钛片+氟化氨、硫酸钛、氮化钛、二硫化钛、硼化钛以及钛酸四丁酯等钛醇盐，而诱导剂或控制剂则通常使用氢氟酸和(或)无水乙醇、羧酸、甲苯、丙酮、丙三醇等各类有机试剂(Liu et al.2011.Crystal facet engineering of semiconductor photocatalysts:motivations,advances and unique properties.Chem.Commun.,47:6763-6783.)。

由于合成过程中使用一种或多种前驱物作为钛源，同时也使用一种或多种无机和(或)有机试剂作为纳米晶形貌控制剂，导致合成高(001)面锐钛矿型二氧化钛的试剂准备较多，过程较繁，成本也不低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高(001)面锐钛矿型二氧化钛纳米晶的制备方法，该 制备方法原料简单、易获得，反应时间短，反应温度低，避免了复杂的反应流程，简化了工艺，成本较低，同时合成出的锐钛矿型二氧化钛纳米晶颗粒均一、晶形完好、高(001)面占比。

本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：上述高(001)面锐钛矿型二氧化钛纳米晶的制备方法的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取氟钛酸钾K₂TiF₆溶于水中得氟钛酸钾K₂TiF₆溶液，将氟钛酸钾溶液置于水热反应釜中，密封后调节水热反应釜内反应温度为150～230℃，并采用惰性气体调节水热反应釜内压力为50～150MPa，进行水解反应0.5～10h，反应后快速冷却至室温；

(2)打开水热反应釜，回收釜内残余溶液，收集样品，所得纳米二氧化钛样品经洗涤、干燥后即得高(001)面纳米锐钛矿型二氧化钛纳米晶。

在上述高(001)面锐钛矿型二氧化钛纳米晶的制备方法中：

步骤(1)中水优选为去离子水，氟钛酸钾K₂TiF₆溶液的摩尔浓度优选为0.005～0.04mol/L，氟钛酸钾溶液的体积优选占水热反应釜总体积的10％～80％。

步骤(1)中的反应时间包括升温所耗的时间。

步骤(1)中密封后调节水热反应釜内反应温度优选为180～210℃，并采用惰性气体调节水热反应釜内压力优选为80～120MPa，优选进行水解反应0.5～5h。

步骤(1)中所述的惰性气体优选为氩气或氦气，优选采用冰水或压缩空气对反应釜进行快速降温。

步骤(2)中残余溶液包括氟钛酸钾、氢氟酸和氟化钾，在残余溶液中加入过量钛粉，能得到初始原料氟钛酸钾K₂TiF₆溶液，并能一定程度消除氢氟酸污染。