[发明专利]钯修饰的三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种钯修饰的三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛的制备方法及其应用，属于光催化材料及有机物污染物降解技术领域。

背景技术

随着工业的蓬勃发展，废水污染问题日益严峻，光催化技术是近年来发展起来的废水处理技术，在环保、新能源等方面的应用研究发展迅速。光催化剂是光照射下引起催化反应的物质，通过光催化反应，产生具有强氧化能力的羟基自由基和超级氧离子，来降解分解有机污染物质。

二氧化钛(TiO₂)是一种被深入研究的半导体光催化剂，广泛应用于光催化、太阳能电池、传感器等方面。在现有的半导体光催化剂中，二氧化钛因其具有低廉、无毒无污染、物化性能稳定等优点，成为最有潜力的光催化材料之一。TiO₂晶体的物理化学性能不仅与粒径、表面积和形貌有关，且与其所具有的高活性晶面有关。TiO₂其[001]晶面的平均表面能最高，其具有高密度不饱和配位的Ti原子及活跃的表面O原子，具有更多活性位点，有助于提高量子效率，具有最高的反应活性。然而，与二维纳米片状暴露[001]晶面的TiO₂相比，三维结构暴露[001]晶面的TiO₂单晶体表面积更大、活性点位更多，其结构可以防止纳米片层层之间聚集，其降解有机染料、污染物性能更好。因此，制备出三维结构暴露[001]晶面的TiO₂，从而提高光催化性能是本领域研究的热点。

然而，二氧化钛的禁带宽度较宽，对太阳能的利用率较低；二氧化钛的光生电子和空穴容易复合，这些缺陷导致二氧化钛光催化活性不高，限制了二氧化钛作为光催化剂的实际应用。为了解决这个问题，人们通过金属离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体耦合、贵金属沉积等方法对二氧化钛进行表面修饰和改性，以此来提高TiO₂的光催化活性。TiO₂光催化剂中负载贵金属材料，可以缩短带隙，将光响应范围从紫外光域拓展到可见光域，并且在金属和TiO₂界面将形成Schottky势垒，激发的光生电子从TiO₂导带转移到金属表面，TiO₂价带产生空穴，从而实现光生电子空穴的复合，提高光敏电子转移能力，所以将金属钯沉积到三维花状结构暴露[001]晶面的TiO₂表面在废水处理领域具有非常大的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种方法简单易行，条件温和，操作简单，制备周期短，制备成功率高，光催化活性高且原料经济易得，可以实现大量生产，也可以解决回收和重复利用的问题的钯修饰的三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛的制备方法；进一步地，本发明提供一种钯修饰的三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛在光催化废水污染物中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

钯修饰的三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛的制备方法，其特征在于：包括：

步骤一，三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛的制备：将异丁醇与钛酸丁酯混合均匀后，加入异丁醇和氢氟酸适量，磁力搅拌，再转入高压釜中，在180～200℃下水热反应20h；将高压釜冷却至室温，所得样品用去离子水洗涤，并用NaOH溶液调节pH值中性，干燥得到白色的三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛样品；

步骤二，钯修饰的三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛的制备：先用PdCl₂和盐酸溶液配制成1g/LH₂PdCl₄溶液，将乙醇及步骤一制得的所述三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛样品置于三口烧瓶中，在紫外光下照射10～30min，然后加入H₂PdCl₄溶液，继续光照10～30min，同时在反应过程中持续向溶液中通N₂，反应后的样品用去离子水洗涤、烘干，制得钯修饰的三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛样品。

所述异丁醇、钛酸丁酯和氢氟酸的用量比为40-80mL：0.5-2mL：0.4-0.8mL。

所述异丁醇、钛酸丁酯和氢氟酸的用量比为40mL：1mL：0.4mL。

所述高压釜的水热反应温度为200℃。

所述三维花状结构暴露[001]晶面的二氧化钛样品、乙醇和H₂PdCl₄的用量比为30～100mg：50～200mL：1～3mL。