[发明专利]{001}面TiO2亚微米单晶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{001}面TiO₂亚微米单晶光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

挥发性有机物的污染带来了大量的环境问题，而且严重地威胁到了人类的生命安全。越来越多的物理、化学和生物技术被用于治理挥发性有机物的污染，其中光催化氧化技术因其能在光的照射和光催化剂的存在下能够将挥发性有机物氧化成CO₂和H₂O而备受关注。

二氧化钛（TiO₂）具有卓越的光催化氧化能力、无毒而且价廉，目前已成为环境净化中最为主要的光催化剂。TiO₂的活性受其比表面积、晶相、晶粒大小以及纳米晶粒的生长方向等诸多因素的影响。研究发现，锐钛矿TiO₂的{001}面比{101}面更为活跃。因此，有关{001}面TiO₂光催化剂如{001}面TiO₂单晶光催化剂的制备吸引了大量研究者的关注。目前，大部分制备{001}面TiO₂单晶光催化剂的方法为水热法。在水热法制备{001}面TiO₂单晶光催化剂过程中，由于钛前体在水中超快的水解速度，要得到特定形貌的光催化剂是很困难的。而溶剂热法由于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水，因此相比于水热法，其反应发生以及产物生成均更为缓慢，且过程相对简单并易于控制。因此，采用溶剂热法制备{001}面TiO₂单晶光催化剂具有更大的潜力。但是，目前采用溶剂热法制备{001}面锐钛矿TiO₂亚微米单晶光催化剂的研究相对较少，且其研究还不够深入。

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{001}面TiO₂亚微米单晶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{001}面TiO₂亚微米单晶光催化剂。

本发明的再一目的在于提供所述的{001}面TiO₂亚微米单晶光催化剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种{001}面TiO₂亚微米单晶光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将钛酸丁酯逐滴加入氟化铵澄清醋酸溶液中进行反应，氟化铵澄清醋酸溶液的浓度为0.0001～0.24g/mL；待反应溶液自然冷却后，收集反应溶液中的沉淀物，洗涤沉淀物，烘干，得到{001}面TiO₂亚微米单晶光催化剂；

所述的钛酸丁酯的用量范围优选为0.1～10 mL；

所述的氟化铵澄清醋酸溶液采用以下方法制备得到：将氟化铵加入无水醋酸中，搅拌，即得；

所述的搅拌的时间范围优选为1～60 min；

所述的氟化铵澄清醋酸溶液的浓度优选为0.000625～0.24g/mL；

所述的反应优选在干燥的聚四氟乙烯反应釜中进行；

所述的聚四氟乙烯反应釜的容积优选为10～200 mL；

所述的反应的条件优选为100～250 ℃反应 2～72 h；

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

所述的水优选为去离子水；

所述的烘干的条件优选为于50～180 ℃烘干1～36 h。

一种{001}面TiO₂亚微米单晶光催化剂，通过上述制备方法制备得到；

所述的{001}面TiO₂亚微米单晶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：

1、在反应的开始阶段，钛酸丁酯与醋酸反应，生成团聚在一起的纤维束，为TiO₂前躯体。

2、随着反应的进行，纤维束消失，生成板状和梭型的锐钛矿TiO₂单晶颗粒，其中板状颗粒的暴露面为{001}面。由于醋酸和氟离子的存在，降低了{001}面的表面能，使得{001}面比{101}面更稳定。同时，由于氟离子的过度腐蚀，产生了一些小碎屑。

3、随着反应时间的进一步延长，小碎屑也慢慢形成梭型或者板状TiO₂单晶颗粒。