[发明专利]具有可见光催化活性二氧化钛纳米粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛纳米的制备方法，特别涉及一种通过不同气氛和不同温度的热处理对TiCl₄水解制备的纳米TiO₂进行改性处理，以控制其晶型组成，并获得氧空位缺陷以拓展其光催化活性阈值的二氧化钛纳米粉末的制备方法。

背景技术

纳米TiO₂具有的许多特殊性能，尤其是光催化性能使其在治理环境污染和新能源开发等方面有广泛的应用，具体表现在以下几个方面：

①净化空气纳米TiO₂光催化剂在光照条件下，直接利用空气中的氧气作氧化剂，使空气中的氧气、水蒸气等转化成氧化能力很强的·OH、·O、·HO₂等自由基，这些游离的自由基能使大多数的室内空气污染物转化为无害物质。因此，纳米TiO₂是一种非常便利的空气净化剂，能在常温、常压下反复使用，且不会造成二次污染。

②污水处理现已发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过TiO₂迅速降解。纳米TiO₂的光催化反应能有效地将很多有机污染物转化为无害的小分子，达到完全无机化的目的；特别是当水中有机污染物浓度很高或用其它方法很难降解时，纳米TiO₂有着更明显的优势。用于净化饮用水时，其有机物污染物总量的去除率在60％以上。

③自洁净陶瓷镀有二氧化钛纳米薄膜的陶瓷材料，在日光与灯光所含微弱的紫外光激发下产生催化作用，可以杀灭细菌，防止霉菌生长，分解有机物及消除臭味，从而达到自洁净的作用。自洁净陶瓷有着广阔的应用前景，比如用于卫生条件要求较高的医院的手术室和病房的内墙和地面，比较潮湿、容易滋生细菌的盥洗室和卫生间等场所的卫生陶瓷洁具，以及高层建筑物外墙装饰的釉面砖等。

④灭菌材料纳米TiO₂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄糖菌、沙门氏菌、芽枝菌和曲霉菌等都具有很强的杀灭能力。从20世纪90年代还开始了纳米TiO₂在抗肿瘤方面的研究。

⑤光电转化现有的通过有机染料敏化的纳米TiO₂太阳能电池，其光电转化效率可达到10％以上，并且可以反复使用，具有重大的应用价值。

但是，纳米TiO₂光催化剂作为一种半导体材料，它的禁带宽度较宽，只能吸收紫外光，对太阳能的利用率较低，因而限制了它的应用。此外，光生载流子很容易复合，也影响了光催化的量子效率。为了获得纳米TiO₂在可见光区的光催化活性，充分利用自然界中廉价、清洁的太阳光能，必须对其进行改性处理，目前采用的主要方法有：金属离子掺杂和非金属离子掺杂、与其它化合物结合制成复合半导体、贵金属沉积、染料敏化等人工制备的纳米TiO₂。

人工制备的纳米TiO₂常见晶型有锐钛型和金红石型两种，其中锐钛型的光催化活性优于金红石型，是光催化纳米TiO₂所希望得到的结构，目前控制晶型的主要方法是热处理，而在热处理中，不能控制锐钛型和金红石型纳米TiO₂的相对含量，使用受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可见光催化活性二氧化钛纳米粉末的制备方法。本发明方法通过改变热处理温度可以调控粉体中锐钛型和金红石型纳米TiO₂的相对含量，以满足不同用途的需求。

实现本发明的技术方案是：

TiCl₄水解，用氨水调整溶液的PH值为6，水解后所得沉淀陈化8～12小时，干燥，研磨得纳米TiO₂粉，纳米TiO₂真空或H₂或N₂热处理得到具有可见光催化活性二氧化钛纳米粉末。

TiCl₄水解的方法是：在20-50ml的TiCl₄加入(NH₄)₂SO₄晶体，使SO₄^2-/Ti⁴⁺离子浓度比为10-20，95℃下水解。

通过TiCl₄水解制备出O/Ti原子比为2.0的纳米TiO₂粉末，在不同气氛，如真空或氮气或氢气，不同温度的进行热处理，热处理温度为350-750℃，时间0.5-2h，获得氧空位缺陷以拓展其光催化活性阈值的二氧化钛纳米粉末。