[发明专利]一种含微应变的准单晶二氧化钛三维阵列及其制备方法

说明书

本发明公开一种含微应变的准单晶二氧化钛三维阵列及其制备方法。首先，通过水热法制备单晶钛酸钠纳米线阵列；然后，在单晶钛酸钠纳米线阵列表面沉积介晶TiO₂；最后，进行质子交换和热处理，将单晶钛酸钠转变为单晶TiO₂，得到最终的含微应变的准单晶二氧化钛三维阵列。该方法利用介晶TiO₂在单晶钛酸钠纳米线表面的外延生长，结合晶格常数差异，在TiO₂中引入张应变；随后再将单晶钛酸钠纳米线转变为单晶TiO₂纳米线，得到单相的锐钛矿TiO₂，且整体具有准单晶结构。与现有的制备TiO₂阵列的技术相比，本发明公开的方法制备的TiO₂具有三维分级结构、准单晶结构、单轴张应变的独特特征，可作为高性能的光催化剂，用于气相污染物处理等领域。

技术领域

本发明涉及一种含微应变的准单晶二氧化钛三维阵列及其制备方法，有望应用于光催化环境净化等领域。

背景技术

TiO₂纳米材料在光催化、太阳能电池、锂离子电池、钠离子电池、气体传感器等领域均具有潜在的应用前景。TiO₂的性能取决于其成分、相结构、微结构和应变状态。准单晶结构具有优异的电荷传输性能；三维阵列具有较高的比表面积和丰富的传质通道；在材料中引入适当的应变，可改变材料的电子结构，进而调控其性能。因此，制备具有上述三种重要特征的TiO₂材料具有重要的意义，可作为高性能功能材料获得广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含微应变的准单晶二氧化钛三维阵列及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种含微应变的准单晶二氧化钛三维阵列的制备方法，其步骤包括：

1)将钛片在浓度为1.25mol/L的NaOH水溶液中于220℃进行水热反应20h，得到单晶钛酸钠纳米线阵列。

2)将钛酸钠纳米线阵列放入浓度为0.04mol/L、pH值为2的TiF₄酸性水溶液中，于60℃反应3h，得到钛酸钠纳米线阵列/TiO₂介晶分支阵列。

3)将钛酸钠纳米线阵列/TiO₂介晶分支阵列在浓度为0.1mol/L的盐酸水溶液中浸泡2h进行质子交换，然后在450℃热处理1h，得到含应变的准单晶TiO₂三维阵列。

本发明利用介晶TiO₂在单晶钛酸钠纳米线表面的外延生长，结合晶格常数差异，在TiO₂中引入张应变；随后再将单晶钛酸钠纳米线转变为单晶TiO₂纳米线，得到单相的锐钛矿TiO₂，且整体具有准单晶结构。本发明公开的方法制备的TiO₂同时具有三维分级结构、准单晶结构、单轴张应变，可作为高性能的光催化剂，用于气相污染物降解。

附图说明

图1为实施例1制备的二氧化钛三维阵列的扫描电子显微镜照片；

图2为实施例1制备的二氧化钛三维阵列的X射线衍射图谱；

图3为实施例1制备的二氧化钛三维阵列的X射线衍射图谱的部分峰位与无应变TiO₂材料的对比；

图4为实施例1制备的二氧化钛三维阵列的透射电子显微镜照片；

图5为实施例1制备的二氧化钛三维阵列的电子衍射花样；

图6为实施例1制备的二氧化钛三维阵列在紫外光照射下降解甲苯的性能。

具体实施方式

以下结合实施例进一步阐述本发明，但本发明不仅仅局限于下述实施例。