[发明专利]一种高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明涉及材料制备与光催化领域，具体为一种高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法，解决二氧化钛可见光吸收低，太阳能利用率低的问题。选用TiOSO₄作为起始原料，将其溶解于去离子水中，并水解得到氧化钛纳米颗粒，继以氢气气氛下处理，得到可见光区域光吸收大幅度提高的二氧化钛材料。本发明中所得到的材料制备方法简单，温度温和，能耗小，成本低，适用于大规模制备，在光催化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料制备与光催化领域，具体为一种高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法。

背景技术

在环境污染和温室效应日益加重的今天，对太阳光的利用愈来愈受到人们的关注。目前，太阳能的转化方式主要有将太阳能转化为热能的太阳能灶(热水器)、将太阳能转化为电能的光伏发电技术、将太阳能转化为化学能的光催化技术以及利用太阳能对污染物进行无害化降解等等。无论是哪一种太阳能的利用方式，材料对太阳能的吸收永远是前提和关键。而在太阳光谱中，大约45％的能量集中于波长在400～700nm的可见光区域。因此，材料对可见光的吸收是其能够在未来太阳能的利用中发挥作用的关键。

氧化钛作为一种价格低廉、性质稳定的典型的半导体基光催化剂，一直受到广泛的关注和研究。然而，氧化钛的3.2eV的带隙意味着它仅能吸收紫外光。虽然在紫外光照射下氧化钛有着优异的性能，但是该材料能否在未来的太阳能转化中得到大规模的利用则取决于能否提高其对可见光的吸收。数年来，致力于提高氧化钛的可见光吸收的努力一直没有停滞。但是已有的结果要么是对可见光吸收能力提升有限(文献1：R.Asahi,T.Morikawa,T.Ohwaki,K.Aoki,Y.Taga,Visible-Light Photocatalysis in Nitrogen-DopedTitanium Oxides,Science，2001,293,269)，要么需要比较复杂的工序和能耗(文献2：G.Liu,L.C.Yin,J.Q.Wang,P.Niu,C.Zhen,Y.Xie,H.-M.Cheng,A Red AnataseTiO₂Photocatalyst for Solar Energy Conversion,Energy&Environmental Science,2012,5,9603)。因此，寻求一种简单的方法得到较高可见光吸收的氧化钛一直是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法，解决二氧化钛可见光吸收低，太阳能利用率低的问题。

本发明的技术方案是：

一种高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法，选用TiOSO₄作为起始原料，将其溶解于去离子水中，并水解得到氧化钛纳米颗粒，继以氢气气氛下处理后，得到可见光区域光吸收大幅度提高的二氧化钛材料。

所述的高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法，起始原料为商业化的O₅STi·xH₂O，其中以TiO₂形式计算的钛元素含量为29wt％。

所述的高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法，溶解时，TiOSO₄与水的比例为每100ml水中加入0.5～35g。

所述的高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法，水解采用的加热条件为常压、开放式的水浴、空气浴或油浴，水解温度为20℃～150℃，水解时间为1～20h。

所述的高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法，在完成水解后，用去离子水对所得固体样品进行清洗，至洗液呈中性，并在60℃～120℃下干燥。

所述的高可见光吸收的二氧化钛纳米颗粒的制备方法，对干燥后的水解样品进行氢气处理的流量为5～200sccm，氢气处理的温度为200℃～600℃，氢气处理的时间为0.5h以上。