[发明专利]TiO2空心球多聚体光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，特别涉及一种TiO₂空心球多聚体光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近十几年来，光催化氧化技术被大量地应用于消除挥发性有机化合物（VOCs）的污染。该技术的最大的优势是可以在温和的条件下将各式各样的VOCs转化成低毒或者无害的化合物。在光催化降解VOCs的过程中，光催化剂扮演了很重要的角色。在众多的光催化剂中，二氧化钛（TiO₂）因具有卓越的光催化氧化性能、抗光腐蚀、无毒且价廉等优点而成为光催化反应中最有应用潜力的光催化剂。然而，在实际应用中，由于TiO₂颗粒上电子-空穴复合速率很快且TiO₂对VOCs的吸附性能较差，使得其对VOCs的光催化降解效率相对较低。因此，高效的TiO₂光催化剂的研发仍然是环境应用领域需要克服的难题。

近几年来，TiO₂空心球因其密度低、比表面积大等优点吸引了大量研究者的关注。研究发现，TiO₂空心球具有的空心结构和大的内部表面积，使得其具有很高的捕光效率和使电荷快速运动的能力。目前大部分制备TiO₂空心球的方法为模板法，需要通过后期的煅烧或者去除模板得到空心球，制备过程复杂、成本较高且不适合于大规模应用。为了简化这种复杂的TiO₂空心球的制备方法，研究者更加关注采用简单、无模板法制备TiO₂空心球材料。但是目前还没有采用直接腐蚀钛片来制备TiO₂空心球多聚体的研究报道。 

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种TiO₂空心球多聚体光催化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的TiO₂空心球多聚体光催化剂。

本发明的再一目的在于提供所述的TiO₂空心球多聚体光催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种TiO₂空心球多聚体光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将清洗干净的钛片置于氟化铵澄清水溶液中进行水热反应，氟化铵澄清水溶液的浓度为0.001～0.133g/mL；待反应溶液冷却后，收集反应溶液中的沉淀物，洗涤沉淀物，烘干，煅烧，得TiO₂空心球多聚体光催化剂；

所述的清洗干净的钛片优选通过如下方法制备得到：将钛片依次在丙酮、异丙醇和甲醇中超声清洗15 min，然后用水反复清洗至水洗液的pH值为6～7，最后在80 ℃烘干，即得；

所述的钛片的长度优选为5～100 mm，宽度优选为5～100 mm，厚度优选为0.05～0.5 mm；

所述的氟化铵澄清水溶液采用以下方法制备得到：将氟化铵加入水中，搅拌，即得；

所述的搅拌的时间优选为1～60 min；

所述的氟化铵澄清水溶液的用量优选为10～200 mL；

所述的水热反应的条件优选为于60～250 ℃反应2～72 h；

所述的洗涤沉淀物采用以下方法洗涤：用水反复离心洗涤沉淀物，直至洗液的pH值为6～7；

所述的烘干的条件优选为于50～180 ℃烘1～36 h；

所述的煅烧的条件优选为300～800 ℃煅烧2～12 h；

所述的水均为去离子水。

一种TiO₂空心球多聚体光催化剂，通过上述制备方法制备得到；

所述的TiO₂空心球多聚体光催化剂特别适合在环保领域作为降解挥发性有机物的光催化剂，具有广阔的应用范围。

本发明的机理为：反应开始时，氟化铵水解生成氢氟酸，接着钛片被氢氟酸蚀刻，在钛片表面形成二氧化钛纳米颗粒；随着反应时间的延长，钛片上生成的二氧化钛颗粒慢慢形成TiO₂小球（包括实心小球和空心小球），由于球与球之间存在着Ti-OH基团，TiO₂小球慢慢形成TiO₂小球多聚体；随着TiO₂小球多聚体的增多，它们从钛片上脱落到溶液中，并在氟离子的作用下进一步反应，形成TiO₂空心球多聚体。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：