[发明专利]一种以一步水热法合成分级结构TiO2微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成分级结构TiO₂微球的方法。

背景技术

当今世界困扰人类的两大难题分别是环境污染与能源危机问题。由于现在化石燃料大量消耗导致其面临即将枯竭的严峻问题，同时因化石燃料燃烧会引发一系列环境污染问题，使得氢气作为一种新的清洁型能源吸引了越来越多研究者们的注意。由于太阳能和海水资源十分丰富,使得开发利用太阳能光催化分解水产氢在当今社会极具发展潜力。

近年来，光催化分解水产氢凭借其可以利用太阳光、成本低以及环境友好的特点，已经成为一种具有很大发展前景的途径。而TiO₂因其具有生物及化学惰性，强氧化力，无毒及不易发生光与化学腐蚀等优点得到了最为广泛的应用。TiO₂具有光催化产氢最早源于Fujishima等的光催化分解水实验,随着世界各地的能源和环境的意识不断增强,开发TiO₂光催化产氢技术已经成为制氢技术研究中的重点工作。

然而，光生电子与空穴高复合率限制了TiO₂光催化分解水产氢的效率。同时锐钛矿相的TiO₂本身带隙能较大(3.2eV)，不能被可见光激发而只能被紫外光(X<380nm)激发。然而太阳光中紫外光的含量不足5％，这极大地限制了TiO₂的应用。现在科研工作中已经可以扩大TiO₂光催化剂吸光范围并提高光催化效率。其中包括：用禁带宽度相对较窄的材料敏化，贵金属沉积，金属或非金属掺杂，与窄禁带的半导体进行复合成异质结等。

而现有技术中，制备TiO₂微球大多使用模板剂、导向剂等进行辅助制备TiO₂微球，并且，使用贵金属盐等，增加了制备成本。并且，现有文献报道中，仅有采用氢氟酸一种物质的，并没有氢氟酸和过氧化氢共同使用，制备TiO₂微球的相关报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述存在的问题，而提供了一种以一步水热法合成分级结构TiO₂微球的方法。

本发明的一种以一步水热法合成分级结构TiO₂微球的方法，它是按照以下步骤进行的：

一、在搅拌条件下分别向氢氟酸和过氧化氢混合溶液中加入硫酸氧钛，得到无色澄清溶液，继续搅拌15～30min；其中，硫酸氧钛与氢氟酸和过氧化氢的摩尔比为2：(40～60)：(5～15)；

二、将步骤一得到的无色澄清溶液转移到反应容器内后，装入高压水热釜中，放入鼓风干燥箱中，将干燥箱的加热温度设置为160～200℃下反应18～24h；

三、将步骤二中反应后得到的产物在离心机转速为3500～4500r/min的条件下进行离心、洗涤，离心时间为2～5min；再将离心后的物质经过超声分散，分散到去离子水中；

四、重复步骤三的操作3～5次；

五、将步骤三超声洗涤离心后的产物放入鼓风干燥箱中进行干燥，其中，干燥条件为：鼓风干燥箱中温度为60～80℃，干燥时间为6～10h；即完成所述的以一步水热法合成分级结构TiO₂微球。

本发明包含以下有益效果：

本发明的方法创新之处在于，本申请在制备TiO₂微球过程中，创造性性地加入过氧化氢，通过氢氟酸与过氧化氢共同作用，起到了现有技术中模板剂、导向剂等的作用，并且能够制备出性能优异的TiO₂微球，由于模板剂、导向剂大多成本高，而本发明选用了低成本的氢氟酸与过氧化氢，能够节约大量的成本，为工业化大生产提供了有效地基础。

本发明HF的使用是为了控制TiO₂晶面的选择性暴露，提高产氢的活性位点，提高制氢性能。而H₂O₂则在反应中分解出气体起到模板剂或是结构导向剂的作用，形成TiO₂微球。

与其他技术相比，本发明的方法具有成本小、效率好，操作方便、工艺简单，有利于进一步实现工业化生产的优势。制备所得的分级结构TiO₂微球，在模拟太阳光光照射下，其光分解水产氢速率能够达到280μmol/h，具有非常好的光分解水产氢性能。本发明的方法制得的分级结构TiO₂微球具有其堆叠球状的形貌导致反应活性位点较多，反应活性更高，光催化分解水产生氢气量较多的优点。

附图说明