[发明专利]一种高能晶面暴露TiO2光催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种高能晶面暴露TiO₂光催化剂的制备方法，属于光催化技术领域。本发明高能晶面暴露TiO₂光催化剂的制备方法，包括如下步骤：制备TBT‑乙醇溶液和乙醇‑水溶液；在超声条件下将乙醇‑水溶液以1～2滴每秒的速度缓慢滴加至TBT‑乙醇溶液中，得到具有白色沉淀的悬浊液，然后向悬浊液中滴加氢氟酸，之后继续在超声条件下进行超声处理；将步骤S2中制得的样品进行陈化、烘干、焙烧，即得到白色粉末状的高能晶面暴露TiO₂光催化剂。本发明高能晶面暴露TiO₂光催化剂的制备方法可在常温常压下进行反应、操作简单、成本低。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种高能晶面暴露TiO₂光催化剂的制备方法。

背景技术

二氧化钛作为优秀的半导体光催化材料受到相关领域研究者的广泛关注。近几十年的研究显示，二氧化钛光催化材料能够利用太阳光降解空气和水中的有毒有害物质，从而改善环境。然而利用二氧化钛光催化材料降解有害物质仍存在诸多问题，如：1、太阳能利用率低，二氧化钛禁带宽度为3.2eV，只能利用太阳光谱中不到5％的紫外光；2、催化效率低，二氧化钛在光激发过程中，光生电子与空穴复合几率较高，会影响催化效率。

为改善二氧化钛的光催化性能，研究者对催化剂表面结构进行了研究，研究发现二氧化钛光催化材料的表面结构和其光催化性能密切相关，由于材料中高表面能晶面较常规晶面存在更多的表面悬挂键，故高表面能晶面暴露的光催化材料具有更好的光催化活性。目前研究最多的锐钛矿相二氧化钛单晶，其不同晶面的表面自由能分别为{110}(1.09J/m²)＞{001}(0.90J/m²)＞{010}(0.53J/m²)＞{101}(0.44J/m²)，一般情况下，暴露最多的晶面为表面自由能最低的{101}面。近年来有研究者通过以氟作为表面调节剂，合成了{001}晶面大量暴露的二氧化钛材料，随着方法的改进和创新，其材料粒度也越来越小，从微米级{001}晶面样品到纳米级{001}晶面样品均获得成功制备。

二氧化钛高能晶面暴露光催化材料的合成方法很多，最常用的是水热法和溶剂热法。水热法，是在高温高压和溶液环境下制备纳米材料的方法，采用水溶液作为反应介质(溶剂)，通过加热特制的密闭反应容器(带特制的聚四氟乙烯内衬和不锈钢钢套的高压釜)，创造一个高温高压的反应环境，在高温高压即水热条件下，反应介质水的性质发生变化，使溶液粘度变小，溶液中粒子扩散速度变大，从而制得粒径小、粒径分布窄、纯度高、晶形好的纳米材料。溶剂热法，是采用有机溶剂或其他非水溶剂代替水作为反应介质，在类似水热反应的高温高压环境下发生反应合成纳米材料的方法，适合一些反应物质会与水反应的体系或者其他不能有水参加的反应体系等，可以扩大原料的范围和制备产物的范围。但这两种方法均需要高温高压的反应环境，对反应设备的要求高，实验条件与步骤相对复杂，且制备过程中具有一定的危险性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种可在常温常压下进行反应、操作简单、成本较低的高能晶面暴露TiO₂光催化剂的制备方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种高能晶面暴露TiO₂光催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1、制备TBT-乙醇溶液和乙醇-水溶液；

S2、在超声条件下将乙醇-水溶液以1～2滴每秒的速度缓慢滴加至TBT-乙醇溶液中，得到具有白色沉淀的悬浊液，然后向悬浊液中滴加氢氟酸，之后继续在超声条件下进行超声处理；

S3、将步骤S2中制得的样品进行陈化、烘干、焙烧，即得到白色粉末状的高能晶面暴露TiO₂光催化剂。