[发明专利]一种基于三元低共熔溶剂制备二氧化钛的方法和二氧化钛材料及应用

说明书

本发明涉及一种基于三元低共熔溶剂制备二氧化钛的方法和二氧化钛材料及应用。所述方法为：以氯化胆碱、乳酸、草酸和钛源为原料混合，进行水热反应，得到二氧化钛；氯化胆碱为氢键受体，乳酸、草酸分别为氢键供体。三元低共熔溶剂作为溶剂、抑制剂、模板剂和晶相控制剂，使二氧化钛形成具有锐钛矿‑金红石的异相结。得到的二氧化钛材料具有较高的光催化效率，光催化产氢的效率为P25的2‑13倍。

技术领域

本发明属于绿色、清洁合成和光催化技术领域，具体涉及一种以两种不同的氢键供体共用同一氢键受体制备的低共熔溶剂为溶剂、模板剂兼晶型控制剂，绿色可控构筑高活性异相结二氧化钛的新方法及制备得到的二氧化钛和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

纳米TiO₂因具有稳定性好、无毒、成本低、环境友好和来源丰富等优势而广泛应用于太阳能光催化分解水、太阳能电池、光催化污染物降解等领域，被认为是目前最具应用前景的光催化剂。然而，由于单相TiO₂的光生电子和空穴易复合，大大降低了其光催化活性，进而限制了其在光催化反应中的应用。为此，科研工作者做了大量研究，提出了许多策略用以提高光生电子和空穴分离效率并取得了显著的进展。其中，构建TiO₂异相结已经被证实是一种有效的手段。大量的异相结被构筑，如锐-金结、锐-板结、板-金结等。其中，由于锐钛矿相和金红石相TiO₂稳定性更好，锐-金结成为研究的热点。科学家尝试了越来越多的方法用以构筑TiO₂锐-金结，并取得了很大进展。然而，仍有很多问题需要解决，如煅烧温度高、合成步骤繁琐、合成过程还需加入无机酸作为抑制剂(如盐酸、冰醋酸和硝酸等)以及两相比例难以控制等，正是这些问题的存在，导致了异相结TiO₂合成过程中能耗高、重复性差、绿色度低等难题，极大地限制了纳米TiO₂的规模化制备和应用。

低共熔溶剂作为一类新的绿色溶剂，由于自身所具有的优异性能，如与咪唑类离子液体具有相似的物理化学性质、较强的溶剂性、价格低廉、原料易得、合成方法简单、绿色度高且能够大规模制备等，在材料合成领域展现出了广阔的应用前景。目前，基于低共熔溶剂合成纳米材料已初步取得成效，已经被证实可在温和的条件下用于纳米材料的合成，并有望替代纳米材料合成过程中的有机溶剂。发明人发现，现有的利用低共熔溶剂法制备二氧化钛，无法控制二氧化钛的异相结的组成，得到的二氧化钛光催化效率较低。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于三元低共熔溶剂制备二氧化钛的方法和二氧化钛材料及应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于三元低共熔溶剂制备二氧化钛的方法，所述方法为：以氯化胆碱、乳酸、草酸和钛源为原料混合，进行离子热反应，得到二氧化钛；

氯化胆碱为氢键受体，乳酸、草酸分别为氢键供体。

本发明的三元低共熔溶剂中具有一个氢键受体和两个氢键供体，在氢键受体和氢键供体的环境下，钛酸四丁酯中的钛元素发生水解，逐渐生成二氧化钛，然后二氧化钛溶出。三元低共熔溶剂作为溶剂、抑制剂、模板剂和晶相控制剂，其中氯化胆碱-草酸形成作为模板剂，作用于钛酸四丁酯，使得到的二氧化钛呈锐钛矿晶型；其中氯化胆碱-乳酸形成作为模板剂，作用于钛酸四丁酯，使得到的二氧化钛呈金红石晶型。

两个氢键供体，一个氢键受体形成的三元低共熔溶剂，形成不同晶相的氢键供体共用同一氢键受体的方法，作用于钛酸四丁酯，使二氧化钛形成具有锐钛矿-金红石的异相结。

相比于现有的使用单一氢键供体-氢键受体的组合进行合成二氧化钛的方法，具有能够控制异相结的形成及异相结中锐钛矿相和金红石相的组成的作用。