[发明专利]一种通过F离子水热调控TiO2

说明书

本发明公开了一种通过F离子水热调控TiO₂晶面的方法，其步骤为：将钛酸四丁酯与HF混合，搅拌均匀；将醋酸置于上述混合溶液中，搅拌均匀；在180±5℃条件下，水热反应24h；反应结束后，离心、清洗、真空干燥；将上述产物按照10mg：1ml比例与水混合，超声分散均匀，在100‑200℃下进行水热反应24h；反应结束后，离心、清洗、干燥，在400±10℃下，退火2 h，得到不同晶面的TiO₂。本发明通过钛酸四丁酯、氢氟酸与醋酸以一定比例混合后，水热合成立方结构的二氟化钛，对制得的二氟化钛进一步水热，通过调节反应的内部温度和压力从而使得氟离子具有封盖或刻蚀的作用，从而更有效的调控二氧化钛的结构和晶面。

技术领域

本发明涉及光催化材料制备领域，具体为一种通过F离子水热调控TiO₂晶面的方法。

背景技术

关于晶面取向对材料性能的影响在半导体功能材料领域已经越来越受到广泛的关注。从使用HF作为封盖剂，成功地合成35-47％（001）晶面单晶锐钛矿型TiO₂。可以看出晶面依赖的活性与光化学或电化学活性与能量转换和储存有很强的关系。高指数平面，如（001），（111）由于原子台阶的高密度，不饱和化学键或晶面上的氧空位而具有一般的化学活性。虽然在表面反应活性和电荷输运效率方面，晶面相关的活性表现出明显的优势，但不同晶面的TiO₂的活性存在一定的矛盾。例如，Li等人合成了以(001)面为主的TiO₂，其对甲苯和苯甲醛的光催化氧化率高于(101)晶面的TiO₂。相反，cheng等人指出，(101)面TiO₂比(001)面TiO₂具有更高的光反应活性，因为它们都产生了OH·自由基和H₂。此外，Murray等人表明暴露的（101）锐钛矿型TiO₂的反应性远高于纳米级（10~100nm）的（001）锐钛矿型TiO₂的反应活性。

由于表面能不同，合成并控制晶体晶面是相当大的挑战，特别是对于高度暴露的高指数晶面。高活性面晶面，作为二氧化钛光催化研究的一个重要方向，最近的研究也越来越广泛。电子空穴对到表面吸附的反应物的传输过程与它们的自然复合过程是一对竞争过程。电子空穴对的复合更倾向于发生在晶界和晶体缺陷上，高活性面暴露、低缺陷密度的单晶二氧化铁为解决这一问题提供了可行的方案。然而，高活性晶面通常会迅速消失在晶体生长的过程中，使得活性较低的面成为锐钛矿相二氧化钛的主导晶面。文献证实了(001)、(111)等高指数平面由于原子台阶密度高、不饱和化学键或暴露面上的氧空位，其化学活性较低。垂直于高折射率平面的方向比沿低折射率平面的法线方向具有更快的生长速率，因此快速消除了高折射率平面。所以，合成高暴露低指数晶面还是具有一定的困难。

目前为止，高活性晶面的晶面调控仅限于（010）面和（001）面，二氧化钛（010）面和（001）面以外的高活性晶面的调控和纳米结构调控还面临着巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的是提出了一种调控二氧化钛晶面的方法，通过水热法，以钛酸四丁酯为前驱体，通过首先合成二氟化钛（TiOF₂），利用二氟化钛中氟离子的刻蚀剂和封盖剂的作用（即氟离子的非拓扑转化），在水热条件下通过溶解或定向塌陷来调节TiO₂晶体的形貌和晶面。

本发明可通过如下技术方案实现：

一种通过F离子水热调控TiO₂晶面的方法，其具体步骤如下：

（1）将钛酸四丁酯与HF混合，搅拌均匀；

（2）将醋酸置于步骤（1）的混合溶液中，搅拌均匀；

（3）在180±5℃条件下，水热反应24h；

（4）反应结束后，离心、清洗、真空干燥；