[发明专利]一种具有多缺陷氟掺杂中空毛刺立方体结构二氧化钛纳米颗粒及制备方法

摘要

本发明公开了一种具有多缺陷氟掺杂中空毛刺立方体结构二氧化钛纳米颗粒及制备方法，该二氧化钛粒径为200～300nm，比表面积为190～200cm³，由主要暴露{001}晶面的小的二氧化钛纳米片自组装成大的空心立方体结构。制备方法是首先分别以钛酸四丁酯和氟化铵为钛源和氟源，用水热法合成NH₄TiOF₃介观晶体，用硼酸进一步处理所制样品，NH₄TiOF₃经历拓扑转化过程转化为二氧化钛同时释放出大量的氟离子，得到由大量暴露高活性{001}晶面的小的二氧化钛纳米片自组装形成的二氧化钛空心纳米立方体。再采用光还原的方法在二氧化钛表面引入大量的缺陷，同时实现氟的掺杂。本发明中引入的氧缺陷能够显著降低二氧化钛的禁带宽度，空心结构实现对光的多重反射，提高对光的吸收效率。

主权项

1.一种具有高可见光催化活性的多缺陷氟掺杂中空毛刺立方体结构二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将钛酸四丁酯加入到异丙醇中，于冰浴下搅拌5 min形成溶液A，所述钛酸四丁酯与异丙醇的体积比为1: 2~5；（2）把氟化铵溶解到水和醋酸的混合液中形成溶液B ，氟化铵作为氟源，比照步骤（1）中的钛酸四丁酯按照F:Ti的摩尔比例为3~4 :1加入，水和醋酸的体积比为1: 1~3；（3）剧烈搅拌下将溶液B逐滴滴加到溶液A中，滴速为0.3~0.5 ml/min，滴加完成后继续搅拌2~6 h，搅拌过程中保持冰浴，防止凝胶生成，得白色乳浊液C；（4）将乳浊液C转移到反应釜中，160~190 ℃下水热10~15 h；冷却到室温，取沉淀物用乙醇和去离子水洗涤至pH 值为6~7，真空干燥；获得NH₄TiOF₃介观晶体样品；（5）将NH₄TiOF₃介观晶体样品分散到浓度为0.3~0.8 mol/L 的硼酸溶液中，50~80 ℃下水浴搅拌2~5 h，所述硼酸与NH₄TiOF₃的摩尔比为1~3: 1 ，得到TiO₂纳米材料；（6）将TiO₂纳米材料分散到无水乙醇中，通惰性气体将空气排尽；用紫外可见光照射0.8~1.2 h，过程中不断通惰性气体鼓泡，保持温度为乙醇沸点温度，取出样品置于130~160 ℃下干燥；将步骤（6）重复2~5遍；得到纯的锐钛矿相二氧化钛中空立方体纳米颗粒；该二氧化钛纳米颗粒为由主要暴露{001}晶面的二氧化钛纳米片自组装成的空心立方体结构，其粒径为200~300 nm，禁带宽度为2.6~2.8 eV的锐钛矿相二氧化钛。