[发明专利]一种混合晶型的二氧化钛纤维的制备方法及产物

说明书

本发明涉及一种混合晶型的二氧化钛纤维的制备方法，包括如下步骤：1)将氢氧化钾溶液加入到钛酸四丁酯溶液中，混合后进行水热反应，产物过滤清洗后，得到钛酸钾纤维；2)将钛酸钾纤维分散在浓度为1～1.5M的硝酸溶液中，并加入聚乙烯醇溶液混合，进行水热反应，产物过滤清洗后，得到二氧化钛纤维。本发明还涉及上述制备方法所制备的产品。所得的二氧化钛纤维同时具有锐钛矿型和金红石型，且能够维持前驱体的形貌，纤维结构中存在大量的空隙，具有良好的光催化制氢性能。

技术领域

本发明涉及二氧化钛制备领域，具体涉及一种混合晶型的二氧化钛纤维的制备方法及产物。

背景技术

自十九世纪中叶起，随着全球工业化(特别是重工业)的发展和人口的快速增长，能源紧缺及各式环境污染成为了制约社会健康稳步发展的重要问题。其中，作为传统能源的煤、石油和天然气储量有限，仅能继续供人类使用不足三百年，且燃烧后会产生大量温室气体引发温室效应和空气污染。因此，寻找可再生且对环境友好的新型能源成为了世界各国所广泛研究的重要课题。

在众多新型能源中，氢能被认为是解决太阳能转化问题的最佳方案，它的燃烧热值高而且产物为水，对环境无污染，此外氢大量存在于水中，如果能够利用太阳光分解水来获得氢气可实现氢能的循环利用。因此，光解水产氢成为当今研究的热点问题。此外，由于光催化水氧化产生氧气是光催化反应的关键步骤，光解水产氧也成为现今光催化领域的热点问题。

截止至今，己有大量的半导体材料被研究人员发现具备光催化活性，然而TiO₂因其无毒、廉价、化学稳定性好及紫外光区域光催化活性高等特点使得TiO₂仍然是应用最为广泛的光催化剂。目前工业上应用较广的二氧化钛为锐钛矿型(Anatase)简称A型，和金红石型(Rutile)简称R型。国内外制备锐钛矿型二氧化钛采用溶胶凝胶法、四氯化钛气相氧化法、硫酸氧钛或硫酸钛溶液液相水解法等。通常锐钛矿型TiO₂具有较好的光催化分解水的性能，这与其具有较大的禁带宽度(3.2eV)和较负的导带位置有关。而金红石型TiO₂的相对密度和折射率比锐钛矿型TiO₂大，分散光射线的能力较好，而其光催化性能比锐钛矿型的差，国内生产二氧化钛的方法主要有硫酸法和氯化法。

因此，亟待开发一种合成方法直接合成混合晶型的TiO₂纤维，并进一步提高其催化性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种混合晶型的二氧化钛纤维的制备方法及产物，所得的二氧化钛纤维同时具有锐钛矿型和金红石型，且能够维持前驱体的形貌，纤维结构中存在大量的空隙，具有良好的光催化制氢性能。

本发明所提供的技术方案为：

一种混合晶型的二氧化钛纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)将氢氧化钾溶液加入到钛酸四丁酯溶液中，混合后进行水热反应，产物过滤清洗后，得到钛酸钾纤维；

2)将钛酸钾纤维分散在浓度为1～1.5M的硝酸溶液中，并加入聚乙烯醇溶液混合，进行水热反应，产物过滤清洗后，得到二氧化钛纤维。

上述技术方案中采用两步水热法，先在高浓度OH^-存在的情况下利用钛酸四丁酯的水解制备钛酸钾纤维(K₂Ti₈O₁₇)，然后以钛酸钾纤维为前驱体，在酸性条件下，利用H⁺对K⁺的取代，同时通过表面修饰剂聚乙烯醇(PVA)的作用，使得TiO₂在取代脱水后依然保持纤维状形貌，最终制备得到二氧化钛(TiO₂)纤维，产物是金红石型和锐钛矿型两种晶相混合，由20～50nm大小的TiO₂纳米片组装形成的二次结构，纤维中存在大量的空隙，能够为光解水制氢提供大量的反应活性中心，具有良好的光催化制氢性能。