[发明专利]一种暴露001晶面的锐钛矿TiO2及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料制备领域，特别涉及一种暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂及其制备方法。

背景技术

自从1972年日本学者发现TiO₂光解水以来，TiO₂作为一种化学性质稳定、光催化活性高的半导体光催化剂得到了广泛的研究。一般来说，TiO₂晶体存在四种晶面，即(101)面、(100)面、(010)面和(001)面。由于(001)面具有更多的未配位原子以及更高的表面能，使得(001)面是最具反应活性的高能晶面。研究发现，不同晶面间可以构成表面异质结结构，光生电子易于向(101)面迁移，而光生空穴则在(001)面富集，可大大提高光生电子和空穴对的有效分离，进而促进了光催化活性的提高(J.Phys.Chem.Lett.2013,4：3910-3917)。通常制备的TiO₂晶体中，(101)面所占比例大多在90％以上，(001)面所占比例很低，因此如何得到高比例的(001)活性晶面仍是一个挑战。Yang等人最早报道了利用HF作为形貌控制剂，制备了(001)面比例约为47％的锐钛矿TiO₂(Nature 2008,453：638-641)，在其后续工作中利用异丙醇和HF共同做形貌控制剂，将(001)面对比例提高到64％(J Am Chem Soc 2009,131(11),4078-4083)。到目前为止，制备高比例暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂大多数采用HF或含氟盐，例如TiF₄、NH₄HF₂、NH₄F以及BF₄-基离子液体等，这些物质都具有强毒性或强腐蚀性，且所采用的高温水热方法操作困难，耗能高，较难大规模商品化生产。

本发明利用二氧化钛干凝胶为前驱体，采用简单的高温煅烧制备工艺，即可得到高比例暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂，操作简便，成本低廉，具有大规模商品化生产前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种比例可控的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂。

本发明的另一目的是提供一种所需设备简单、原料易得、适用于大规模商业生产的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂的制备方法。

本发明的一种暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂及其制备方法，其特征是晶粒尺寸为50～200nm，(001)晶面的比例为20％～90％。

本发明一种暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂及其制备方法是将钛酸酯加入到三氟乙酸水溶液中进行水解，室温搅拌，将得到的产物用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到可溶性干凝胶。然后，将得到的干凝胶放入马弗炉高温煅烧，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂。

本发明所述的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将钛酸酯加入到三氟乙酸水溶液中，室温搅拌，将得到的产物用旋转蒸发仪蒸干，得到二氧化钛干凝胶；

(2)将二氧化钛干凝胶至于马弗炉中高温煅烧，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂。

本发明的一个优选技术方案中，所述的钛酸酯选自钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯中的一种或几种。

本发明的另一个优选技术方案中，所述的三氟乙酸水溶液的质量浓度为5％～95％。

本发明的另又一个优选技术方案中，钛酸酯与三氟乙酸的摩尔比为1：0.5～10。

本发明的另又一个优选技术方案中，所述的高温煅烧温度为350℃～750℃，煅烧时间为0.5～10h。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，但需要指出的是以下实施例只是用于对本发明作进一步说明，不能理解为是对本发明所请求保护范围的限制。

附图说明

图1.是本发明实施例1所制备的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂的扫描电子显微镜照片。

图2.是本发明实施例2所制备的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO₂的X-射线衍射图。

具体实施方式

实施例1