[发明专利]一种中空结构Na4

说明书

本发明公开了一种Na₄TiO₄纳米片均匀组装形成的中空Na₄TiO₄基纳米片组装体及利用其制备的H₂Ti₂O₅·H₂O和TiO₂纳米片状衍生物。首先将二氧化钛‑乙二醇前驱体在氢氧化钠溶液中进行水热合成中空Na₄TiO₄基纳米片组装体，再经盐酸溶液离子交换，形成H₂Ti₂O₅·H₂O纳米片，H₂Ti₂O₅·H₂O经煅烧脱水，形成TiO₂纳米片。所得Na₄TiO₄基纳米片组装体和H₂Ti₂O₅·H₂O纳米片具有光催化二氧化碳还原活性，TiO₂纳米片具有优异的光催化析氢活性；且涉及的合成方法简单，易操作、工艺简单、成本低、符合实际生产需要，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种中空结构Na₄TiO₄基纳米片组装体、纳米片状衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，能源短缺和化石能源的过度开采以及燃烧使得能源问题成为困扰全世界的大问题。太阳能的利用一直被视为是解决环境危机和能源短缺问题的潜在途径；光催化技术也被广泛的应用于光解水制氢、二氧化碳还原为烃类燃料以及有机污染物降解等方面。其中，二氧化碳光还原一方面可以有效减少二氧化碳排放抑制温室效应的继续恶化，另一方面可以提供碳氢燃料以满足能源需求。而光催化裂解水产生氢气因其成本低、效率高的独特优势而成为一种很有前途的技术。光催化的基本原理是：当大于禁带宽度的光线照射到半导体表面时，将发生电子的跃迁，电子由价带跃迁到导带上，价带上产生空穴；这种电子-空穴对具备较强的氧化还原能力，H⁺/CO₂接受电子，发生还原反应，产生H₂/或有机物，其他的牺牲剂或水与空穴结合，发生氧化反应。

目前合成的钛酸钠和钛酸多用于储钠电极、光催化降解和染料吸附等，较少应用于光催化二氧化碳还原。且合成的钛酸钠和钛酸以及二氧化钛大部分为线状结构，存在具有比表面积小，表面活性位点少等缺点，不利于光催化二氧化碳还原和产氢过程的进行。且大部分钛酸钠的合成方法均要经过长时间的水热反应，不利于工业应用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种中空结构Na₄TiO₄基纳米片组装体、纳米片状衍生物及其制备方法和应用，其中Na₄TiO₄基纳米片组装体为纳米片组装的中空棒状结构，将其进一步进行酸化和煅烧处理，依次得到H₂Ti₂O₅·H₂O和TiO₂纳米片状衍生物；涉及的制备方法工艺简单、成本低、符合实际生产需要，具有较大的应用潜力；将所得中空结构Na₄TiO₄基纳米片组装体及其衍生物，在光催化二氧化碳还原和光催化析氢等领域可表现出较好的光催化活性。

为实现上述方案，本发明采用的技术方案为：

一种中空Na₄TiO₄基纳米片组装体，它为由长50-150nm，宽10-40nm的Na₄TiO₄基纳米片均匀组装形成的直径300-500nm，长1.5-2.5μm的中空棒状结构。