[发明专利]一种亚氧化钛歧化分解制备特定比例黑色氧化钛负载导电TiO的方法

说明书

本发明涉及一种亚氧化钛歧化分解制备特定比例黑色氧化钛负载导电TiO的方法，将亚氧化钛和卤化铵混合后，在500～700℃下进行热处理，使亚氧化钛发生歧化分解，得到所述黑色氧化钛负载导电TiO；所述亚氧化钛的化学式为Ti_nO_2n‑1，n≥2。

技术领域

本发明涉及一种一步法负载特定比例的导电TiO来提高黑色氧化钛的导电能力的方法，具体涉及一种亚氧化钛歧化分解制备特定比例黑色氧化钛负载导电TiO的方法，属于合成制备领域。且，该黑色氧化钛负载导电TiO，突破黑色氧化钛的半导体导电限制，可应用于电催化、光催化等领域。

背景技术

在1972年，Fujishima和Honda(Nature，1972，238:37-38)首次提出TiO₂在光解水中的应用。TiO₂的禁带宽度较宽，金红石相3.0eV，锐钛矿相3.2eV，是一种宽禁带半导体材料，只能吸收并利用波长380nm以下太阳光，这部分能量其实只占太阳光总体的5％。

为提高材料的光吸收效率，增强对能量更高的可见光和近红外光的吸收，研究人员开展了一系列研究。目前主要有两种趋势，一种是形成一种核壳结构，吸收光谱在可见光及红外区有一“肩高”；另一种是进行体相掺杂，使得吸收光谱向可见光区整体推移。目前人们通过缺陷调控，可以获得不同颜色的二氧化钛，可使TiO₂对光的吸收拓展到可见光区，使催化活性显著提高，颜色也由白色变为黄色、灰色、红色、蓝色直至黑色。

当光学吸收边接近1000nm时，禁带宽度由3.0eV降低至1.3eV，TiO₂也就变成黑色。2011年，陈小波等人(Science，2011，331:746-750)用高压纯H₂(20.0bar)处理TiO₂，在200℃保温5天，制备出黑色TiO₂，在400-800nm有一肩高状的吸收，带尾延伸到1100nm，禁带宽度达到1.5eV。2013年，黄富强研究员、汪宙博士(Advanced Functional Materials，2013，23:5444–5450)采用氢等离子注入的方法，制备出黑色的TiO₂-_xH_x，HRTEM测试表明其为内核结晶，外壳非晶的结构，在太阳光谱能量的吸收高达83％，可见光区和红外区达到77％。相同条件下，P25仅利用了5％能量，高压H₂处理的也只利用了30％。除了采用还原性气体外，黄富强研究员、汪宙博士(RSC EnergyEnvironmental Science，2013，6，3007)从Al-Ti合金获得灵感，设计了双温区管式炉使TiO₂变为黑色的方法，一端采用800℃熔融铝获得低的氧分压，另一端300-500℃下保温促使TiO₂形成更多的氧空位。黄富强研究员、林天全等人(RSC EnergyEnvironmental Science，2014，7，967)在此基础上实现了阴离子重掺杂取代氧位，研究了不同离子取代后对太阳光利用效率作用大小为：HISN，在光催化方向有较大的应用前景。除了非接触式Al还原外，也可以换用Al、Mg、Zn等活泼金属接触式地还原TiO₂，达到还原加掺杂的目的。这些研究发展了离子注入、高压H₂还原、活泼金属双温区法以及梯度掺杂等技术，提供了氧化钛光吸收增强的新方案。