[发明专利]一种蓝色片状二氧化钛纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓝色片状二氧化钛纳米材料的制备方法，属于纳米材料及光催化技术领域。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)是一种非常重要的过渡金属氧化物，具有无毒、氧化能力强、稳定性好和可重复利用等优点被广泛用于涂料、油漆、牙膏和化妆品等行业。1972年，日本东京大学教授Fujishima在二氧化钛电极上发现了光解水现象，从而开辟了半导体光催化这一新的领域，之后全世界范围内兴起了对二氧化钛的研究热潮。现在合成二氧化钛的主要方法有水热合成法、溶胶~凝胶法、溶剂热法、化学气相沉淀法及微乳液法。相比于诸多合成方法，由于溶剂热法具有操作简单、安全性高、设备要求低等优点，而被科学研究者们所青睐。

二氧化钛主要存在锐钛矿、金红石和板钛矿三种晶型。为了缓解如今的能源与环境问题，近年来科学研究者们对锐钛矿型二氧化钛进行了广泛的研究，如太阳能电池、光解水制氢以及光催化降解。但是由于锐钛矿型二氧化钛的能带间隙为3.2eV，只能吸收太阳光中仅占5%的紫外光，不能充分利用太阳能，从而需要对其进行各种改性来增强对可见光的吸收，同时其物质本身的颜色也会由白色转变为有色，如N掺杂的样品为淡黄色粉末及H掺杂的样品为黑色粉末。目前主要的改性方法有贵金属沉积、金属氧化物复合、金属与非金属掺杂以及表面染料敏化等，它们之间存在协同效应，有效的结合多种改性可大大增强对太阳能的利用。其中前两者主要是通过促进电子~空穴对的有效分离，提高光量子利用率，从而增强对能量的有效利用。但是这两种方法不能根本解决对可见光的吸收，因此需要结合后两者的改性，其作用在于改变价带或导带的位置，减小能带间隙，从而提高对可见光的吸收。

发明内容

本发明的目的是为了增强对可见光的吸收，充分利用太阳能，从而缓解世界能源与环境问题而提供了一种蓝色片状二氧化钛纳米材料的制备方法；主要通过对二氧化钛进行改性，使其颜色由白色变为蓝色，同时形成片状形貌，从而克服了二氧化钛对可见光吸收难及利用率低的问题。

本发明的技术方案为：一种蓝色片状二氧化钛纳米材料的制备方法，具体步骤如下：将钛源分散在溶剂中，再加入形貌控制剂，搅拌得透明溶液；然后将透明溶液移至反应釜中反应，自然冷却、洗涤、离心、干燥，最后得蓝色片状二氧化钛纳米材料；该材料晶粒尺寸为10~30nm，晶型为锐钛矿型，能吸收400~700nm可见光。

优选钛源为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯；优选溶剂为乙醇、丙醇或丁醇；优选形貌控制剂为质量浓度为30%~50%的氢氟酸；优选钛源与溶剂的体积比为0.2~0.4：1；优选钛源与形貌控制剂的体积比为4~20：1；优选反应温度为100~200°C；反应时间为12~60h。

本发明对于该材料光催化性能的测试，选择在可见光下降解亚甲基蓝溶液为探针反应，反应器选用上海比朗仪器有限公司的BI-GHX-V型光催化仪，其光源为氙灯，功率为500W。具体实验步骤如下：在试管中加入50mg样品和30ml5mg/L亚甲基蓝溶液，放入密闭的光反应器中，搅拌1h，使其达到吸附平衡。打开氙灯，进行照射，观察反应液颜色变化。反应3h，其中每隔1h取样，离心，紫外可见分光光度计测定溶液中亚甲基蓝浓度，结果与商用P25进行对比。

有益效果：

本发明通过溶剂热法合成该蓝色片状二氧化钛纳米材料，克服了其他合成方法的种种缺陷，具有操作简单、安全性高、设备要求低等优点。同时实现了二氧化钛纳米材料由白色向有色的再一次突破，定性说明了对光的吸收与其本身材料颜色有着紧密的关系。同时，对晶粒形貌进行了有效调控，提高了其对可见光的吸收和利用率。除此之外，该材料具有优异的光催化降解性能，可以应用于污水处理行业。

附图说明

图1为样品T₀的XRD图，插图为其分散在乙醇中的照片；

图2为样品T₀的SEM图；

图3为样品T₀的TEM图；

图4为样品T₀的固体UV-Vis图；

图5为样品T₀的光催化降解性能对比图；

图6为样品T₁的XRD图，插图为其分散在乙醇中的照片；

图7为样品T₁的SEM图；

图8为样品T₂的XRD图，插图为其分散在乙醇中的照片；

图9为样品T₂的SEM图。

具体实施方式