[发明专利]一种钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子及其制备方法和应用方法

说明书

本发明公开了一种钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子，是在由2nm~6nm氧化铁纳米粒子晶体取向堆积组成的氧化铁介晶纳米粒子中掺杂钛元素构成，其尺寸为20nm‑200nm，比表面积为37.2 m²/g。该钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子的制备方法，包括：（1）合成氧化铁介晶纳米粒子；（2）取适量的氧化铁介晶纳米粒子与相应比例的钛源醇溶液混合后，超声使混合溶液分散均匀，然后在室温至80℃条件下搅拌挥发，并在挥发完毕后真空干燥2小时；（3）将上述真空干燥后的复合物放入马弗炉中500℃~650℃煅烧3小时以上。本发明得到粒子具有更好的可见光催化降解污染物以及光电化学分解水性能，能够在诸如光催化降解污染物、光催化分解水制氢、超级电容器、锂离子电池等领域应用。

技术领域

本发明涉及介晶纳米粒子领域，具体地讲，是涉及一种钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子及其制备方法和应用方法。

背景技术

半导体纳米结构的性能与材料的组分、尺寸及形貌密切相关。大量的研究表明，通过调节半导体纳米结构的组分、尺寸、结构和形貌，可以改善材料的相关性能，如光学、电学、磁学、催化、传感、能量转化与存储等。介晶是由纳米粒子取向堆积形成的有序组合体，自2005年首次提出后便成为纳米结构材料领域研究的热点方向。介晶纳米结构不仅具有多晶纳米结构高比表面积以及高孔隙率等优点，而且具备单晶结构良好的热稳定性及电荷传输性质等优势，因而在光电化学、催化、传感以及能量转化与存储等领域表现出优异的性能和广阔的应用前景。

赤铁矿氧化铁是一种n型半导体，具有室温下很稳定、储量丰富、价格低廉、无污染、化学稳定性高且能吸收可见光等优点，因而在可见光催化降解污染物、废水处理、气体传感、太阳光催化分解水制氢、超级电容器以及锂离子电池等环境和能源领域有着广阔的应用前景。文献中关于赤铁矿氧化铁介晶纳米结构的合成有了较多报道，比如通过加入有机辅助剂、拓扑转化以及控制铁源动力学水解过程等，所得的赤铁矿介晶纳米结构在光催化降解有机污染物、光催化分解水制氢、锂离子电池以及超级电容器等方面也展现出了增强的性能。但是，值得注意的是，赤铁矿氧化铁的导电性很低，这在很大程度上制约了其性能及规模化应用。已有的研究报道表明，钛掺杂能够提高赤铁矿氧化铁的导电性，对上述应用范围有着明显的增强作用。但是，赤铁矿氧化铁介晶纳米结构的钛掺杂却鲜有报道。因此，有必要发展简单快捷、条件温和、低成本、易于批量处理的方法来制备钛掺杂赤铁矿介晶纳米结构。

发明内容

为克服现有技术中的上述问题，本发明提供一种制法简单、易于批量处理的钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子，其在掺杂后形貌基本得到保持。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子，是在由2nm~6nm氧化铁纳米粒子晶体取向堆积组成的氧化铁介晶纳米粒子中掺杂钛元素构成，其尺寸为20nm-200nm，比表面积为37.2m²/g，其中，掺杂的钛元素摩尔量为铁元素摩尔量的0.01%~10%，所掺杂的钛元素在该比例内连续可调。

经研究试验证实，该钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子可用于可见光催化降解有机污染物。

并且，该钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子还可用于光电化学分解水制氢。

基于前述内容，本发明还提供了该钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：

（1）将乙酰丙酮铁溶解在乙醇中，将得到的溶液加入到聚四氟乙烯内胆中，然后加入去离子水，混合均匀后，放入水热釜中进行水热反应，然后将产物用水和乙醇分别洗涤三遍后，真空干燥，制得氧化铁介晶纳米粒子；

（2）取适量的氧化铁介晶纳米粒子与相应比例的钛源醇溶液混合后，超声使混合溶液分散均匀，然后在室温至80℃条件下搅拌挥发，并在挥发完毕后真空干燥2小时；

（3）将上述真空干燥后的复合物放入马弗炉中500℃~650℃煅烧3小时以上，制得该钛掺杂氧化铁介晶纳米粒子。