[发明专利]一种二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：S1.将钛基底进行抛光处理，将抛光后的钛基底与强碱溶液进行水热反应，得到水热处理的钛基底；S2.将步骤S1.中水热处理的钛基底洗涤后置于酸溶液中进行离子交换，得到复合材料前驱体；S3.将步骤S2.中复合材料前驱体洗涤、干燥、煅烧，得到所述二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料。本发明将钛基底和强碱溶液通过水热反应在金属钛基底上原位生长锐钛矿型二氧化钛大孔微球，制得的复合材料具有结构稳定、比表面积大、结晶度高、粒径分布窄等优点，具有优异的光电化学性能和出色的稳定性。而且，该方法成本低、易操作，效率提升效果好，具有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及微纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钛具有许多优点，例如有利的带边缘位置，低成本，无毒，优异的化学和光学稳定性，它是近几十年来研究最广泛的半导体材料之一，在光催化、光伏和锂电池领域具有广阔的应用前景。自从在光电化学(PEC)中分解水以产生清洁的氢能的发现以来，二氧化钛已作为光阳极材料得到了广泛的研究。

在二氧化钛的三种最常见的多晶形式(锐钛矿，板钛矿和金红石)中，锐钛矿被认为是光化学水分解中最光活化的相，它的光生载流子复合率很低。因为在各种形态中的相对较高的折射率、界面附着力高和良好的粒度，亚微米或微米直径的二氧化钛微球已经引起了广泛关注。在封闭的纳米尺度区间内，由于较短的扩散路径和较高的表面积，微球上的大孔的存在可以增强光的捕获，确保快速的质量扩散，从而产生光催化性能高。

通常，二氧化钛球的合成的一般步骤包括使用有机钛源，以及软模板或硬模板等，方法较为复杂。如中国专利申请CN104383903A公开了一种二氧化钛微球光催化剂的制备方法，将氟钛酸铵加入去离子水或乙醇中，再加入硼酸，然后加入聚合物模板剂，静置后得到析出物，经煅烧得到二氧化钛微球。该方法制得的二氧化钛微球为粉末光催化剂，用于制备光电极时还需要进一步操作。现有技术未见能够在光电极的基底上原位生长锐钛矿型二氧化钛微球的方法。

因此，需要研发出能够在基底上原位生长锐钛矿型二氧化钛微球的方法。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料的制备方法，提供的制备方法能够在金属钛基底上原位生长锐钛矿型二氧化钛大孔微球，从而制备得到二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料，该复合材料具有优异的光电化学性能和出色的稳定性。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料。

本发明的又一目的在于提供上述二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料在制备太阳能电池光阳极或用于降解有机污染物的光电催化电极中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.将钛基底进行抛光处理，将抛光后的钛基底与强碱溶液进行水热反应，得到水热处理的钛基底；强碱溶液中氢氧根离子的浓度为5～7mol/L；水热反应的温度为200～220℃，时间为24～48h；

S2.将步骤S1.中水热处理的钛基底洗涤后置于酸溶液中进行离子交换，得到复合材料前驱体；

S3.将步骤S2.中复合材料前驱体洗涤、干燥、煅烧，得到所述二氧化钛大孔微球/金属钛复合材料。

反应机理：钛基底与强碱水热生成钛酸盐；该钛酸盐置于酸溶液中进行离子交换生成H₂Ti₃O₇；H₂Ti₃O₇煅烧生成二氧化钛。