[发明专利]一种二维二氧化钛纳米片光催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维二氧化钛纳米片催化材料及其制备方法。所述二维二氧化钛纳米片催化材料的厚度为3‑10nm，长度为10～50μm。制备方法为：将氧化石墨烯加入无水乙醇中分散均匀，得到石墨烯分散溶液；将钛酸四丁脂加入到石墨烯分散溶液中搅拌均匀；将混合溶液进行离心、洗涤、干燥；将产物煅烧，即得未改性二氧化钛纳米片，将其与抗坏血酸加入到去离子水中，搅拌均匀，加热反应，得到棕色初产物，煅烧即得二氧化钛纳米片光催化材料。本发明首先通过GO模板法制备超薄二维TiO₂，然后通过抗坏血酸对其进行还原改性，从而引入缺陷，实现其光催化性能的提高，即通过对超薄二维TiO₂进行改性大幅度提升其在光解水制氢的性能。

技术领域

本发明涉及一种改性片状纳米二氧化钛光催化材料及其制备方法，属于光催化技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，石油、煤炭和天然气等不可再生的自然资源越来越多地被人类所消耗。同时，产品在原材料的提取、运输和转化过程中都有可能给环境带来负面影响。因此，能源短缺和环境污染现象成为人类目前应对的世界性难题。在解决能源危机方面，通过光分解水制氢、太阳能电池等方式实现了可再生能源的高效利用。半导体光催化技术在环境修复领域的作用不容忽视，已被证明是降解水体和大气环境中有害污染物的有效途径。二氧化钛(TiO₂)因其高稳定性，无毒性且低成本被认为是非常理想的半导体光催化材料。

研究发现材料的形貌、结构、尺寸、组成、晶面等方面特性会对其催化性能有很大影响。目前已经成功制备出如：棒状、线状、花状、管状、片状等不同结构的TiO₂纳米材料，并发现其各自在光催化性能方面表现会有明显差异。然而，未经处理的TiO₂在全光谱下较低的量子效率以及较高的光生载流子复合等问题，严重限制了其在光催化领域的实际应用。

因此，为了增大TiO₂纳米材料的光催化效率，可控制备具有大比表面积的TiO₂纳米材料至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有TiO₂光催化材料的催化活性不高、稳定性不高的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种二维二氧化钛纳米片催化材料，其特征在于，所述二维二氧化钛纳米片催化材料的厚度为3-10nm，长度为10～50μm。

优选地，所述二维二氧化钛纳米片催化材料表面具有介孔结构。

更优选地，所述介孔结构的孔径为3～10nm。

本发明还提供了上述二维二氧化钛纳米片催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将氧化石墨烯加入无水乙醇中分散均匀，得到石墨烯分散溶液；

步骤2)：将钛酸四丁脂加入到步骤1)得到的石墨烯分散溶液中搅拌均匀，其目的是采用模板法使钛酸四丁酯均匀吸附到氧化石墨烯上；

步骤3)：将步骤2)得到的混合溶液进行离心，所得的沉淀物用无水乙醇进行洗涤去除钛酸四丁酯残留，然后再次离心，将再次离心所得的沉淀物干燥后收集产物；

步骤4)：将步骤3)得到的产物放入马弗炉中煅烧，即得未改性二氧化钛纳米片；

步骤5)：将步骤4)得到的未改性二氧化钛纳米片光催化材料与抗坏血酸加入到去离子水中，搅拌均匀；

步骤6)：将步骤5)得到的溶液转移至水热釜中，加热反应，得到棕色初产物；

步骤7)：将步骤6)得到的棕色初产物置于惰性气体保护及真空条件下煅烧，即得二氧化钛纳米片光催化材料。