[发明专利]纳米铁/介孔（001）面复合-花型晶体包覆型TiO2单晶的制备方法

摘要

本发明提供了一种纳米铁/介孔（001）面复合‑花型晶体包覆型TiO₂单晶，其制备方法包括以下步骤：介孔（001）面‑花型晶体包覆型TiO₂单晶的制备、纳米铁/介孔（001）面复合‑花型晶体包覆型TiO₂单晶的制备。本发明采用无模板剂‑两步水热法制备出介孔（001）面‑花型晶体包覆型TiO₂单晶，该方法有效的降低了造孔成本，避免了后续复杂的脱模工艺。介孔结构和花型晶体形貌有效的增加了单晶的比表面积和光催化活性位点。通过液相还原法在（001）面的介孔中原位生成纳米铁晶粒制得高催化活性的纳米铁/介孔（001）面复合‑花型晶体包覆型TiO₂单晶；不仅有效的改善了纳米铁在空气中的稳定性和抗氧化性，使得纳米铁晶粒更加细化均匀，极大的抑制了纳米铁晶粒的团聚效应，增加了纳米铁材料的活性位点。同时，纳米铁可促进激发态TiO₂单晶光生电子‑空穴的分离，增强光电效应，促进光催化活性的提高。

主权项

1.一种纳米铁/介孔（001）面复合-花型晶体包覆型TiO₂单晶的制备方法，该方法包括以下步骤：/n（1）0.02 mol/L四氟化钛溶液的配制/n在15℃-35℃温度下，将2.478g四氟化钛溶解于1L浓度为2 mol/L的盐酸溶液中得到pH= 2浓度为0.02 mol/L的四氟化钛溶液；/n（2）介孔（001）面-花型晶体包覆型TiO₂单晶的制备/n第一步水热法：将50ml-70ml的0.02 mol/L 四氟化钛溶液和0.05 ml-0.1 ml的氢氟酸（质量分数40%）加到100 ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中；置于马弗炉中180℃恒温6h-8h，冷却、沉淀、过滤后得到白色固体颗粒，用蒸馏水清洗3-5次、离心分离、干燥后即制得样品X；/n第二步水热法：将0.5g-1g的样品X、50 ml的0.02 mol/L四氟化钛溶液和10ml-20ml的异丙醇加入到100 ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜中，置于马弗炉中180℃恒温10h-12h，冷却、沉淀、过滤后得到白色固体颗粒，用蒸馏水清洗3-5次、离心分离、干燥后即制得样品Y；/n表面除氟和异丙氧基：将制得的样品Y置于马弗炉中于500℃下煅烧90 min-100min，去除表面氟和异丙氧基，冷却后即制得介孔（001）面-花型晶体包覆型TiO₂单晶；/n（3）纳米铁/介孔（001）面复合-花型晶体包覆型TiO₂单晶的制备/n采用液相还原法：对FeSO₄的乙醇-水溶液体系，采用滴加强还原剂KBH₄或NaBH₄对Fe²⁺进行还原制得纳米铁晶粒；/n制备原料: FeSO₄·7H₂O、上述已获得的介孔（001）面-花型晶体包覆型TiO₂单晶、NaBH₄或KBH₄、蒸馏水、无水乙醇、NaOH、氮气；/n将0.5g-2.0g上述已制得的介孔（001）面-花型晶体包覆型TiO₂单晶、50ml的无水乙醇与100ml浓度为0.2mol/L FeSO₄·7H₂O水溶液置于三口烧瓶中，密封，标记为A组分；将A组分置于磁力搅拌器上，先向三口烧瓶中通入10min氮气保护，随后开启磁力搅拌并对A组分超声分散30min，使A组分混合均匀；30min后，对A组分静置沉淀20min，去除上清液，离心分离，获得固体沉淀物，对固体沉淀物真空干燥后即制得样品M，氮气保护，无氧条件下密封保存，备用；/n配制100ml浓度为0.4mol/L的NaBH₄或KBH₄溶液，并用NaOH调节pH为9-10，制成弱碱性NaBH₄或KBH₄溶液，标记为B组分；/n将上述样品M与60ml的无水乙醇置于三口烧瓶中，密封并置于磁力搅拌器上，然后在氮气气氛的保护下均匀混合，标记为C组分；将配制的B组分逐滴滴加至C组分中，滴加速度为45-60滴/min，待滴加完毕后，持续搅拌并氮气保护40min，静置30min，过滤，得到黑色沉淀颗粒，将黑体沉淀颗粒用无水乙醇洗涤3-5次，将洗涤后的黑色沉淀颗粒置于真空干燥箱中烘干3h-5h，即制得黑色的纳米铁/介孔（001）面复合-花型晶体包覆型TiO₂单晶，氮气保护，在无氧条件下密封保存。/n