[发明专利]在二氧化钛微晶表面选择性沉积同质纳米颗粒提升光催化活性的方法

说明书

本发明公开一种在二氧化钛微晶表面选择性沉积同质纳米颗粒提升光催化活性的方法。该方法是将具有(001)面暴露的二氧化钛微晶分散到四氟化钛水溶液中，保温一定时间即可在微晶的(101)晶面选择性生长二氧化钛纳米颗粒。本发明巧妙利用反应体系中氟离子在高能面的选择性吸附以及二氧化钛纳米颗粒非均匀形核长大两个动力学过程，成功保留了二氧化钛微晶中具有高光催化活性的(001)高能面纳米形貌不变，同时实现其他晶面的纳米修饰，最终实现微晶光催化活性的明显提升。

技术领域

本发明方法涉及一种在(001)面暴露的二氧化钛微晶上选择性沉积二氧化钛纳米颗粒的方法，以明显提升二氧化钛微晶的光催化活性，属于环境材料技术领域。

背景技术

作为一种高级氧化技术，光催化技术具有巨大的发展潜力，是解决日益严重的环境污染和能源危机的有效方案。二氧化钛(TiO₂)具有化学稳定性好、成本低、环境友好等优点，是目前光催化工业应用最佳的光催化剂选择。常见的TiO₂晶相有锐钛矿、金红石、板钛矿和TiO₂(B)等，其中，锐钛矿相拥有相对最佳的光催化活性。

锐钛矿相TiO₂的(001)面具有高的表面能和光催化活性。因此，(001)面暴露的TiO₂单晶的制备及其光催化应用吸引了研究者广泛的关注。但是，受制于其相对较大的尺寸，微米级(001)面暴露的TiO₂微晶光催化活性相对较低，研究者往往通过掺杂、贵金属沉积、复合石墨烯或其他光催化剂等技术提高催化剂的光响应范围，抑制光生载流子的无效复合，从而提升其光催化活性。已有沉积技术不可避免地覆盖了具有高光催化活性的(001)高能面，一定程度上失去了制备(001)面暴露TiO₂微晶的初衷。本发明巧妙利用TiF₄水溶液沉积TiO₂纳米颗粒的特性，实现TiO₂纳米颗粒在微晶(101)面上的选择性生长以引入台阶和相结(phase junction)，增加其表面积，同时保持(001)面暴露。本发明的技术方案显著提升了(001)面暴露TiO₂微晶的光催化活性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在二氧化钛微晶表面选择性沉积同质纳米颗粒提升光催化活性的方法，为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

在二氧化钛微晶表面选择性沉积同质纳米颗粒提升光催化活性的方法，主要包括以下几个步骤：

1)称取TiO₂微晶，充分分散于TiF₄水溶液中；

2)将上述溶液于一定温度静置一段时间；

3)分离清洗沉淀物，干燥。

优选的，每20mg TiO₂微晶充分分散于15mL TiF₄水溶液中。

优选的，所述的TiF₄水溶液浓度为0.04摩尔/升。

优选的，所述的溶液置于60-80℃静置6-72小时。

本发明中TiO₂微晶为具有(001)面暴露的TiO₂微晶，其制备可以采用Liu等人的公开技术[Min Liu,et al.,Chem.Commun.,2010,46,1664-1666]，具体过程及产物特征见实施例1。