[发明专利]一种纳米TiO2

说明书

本发明涉及一种纳米TiO₂‑SnO₂固溶体光催化材料的制备方法，是以含低腐蚀电位元素或Ti/Sn原子比为4:1~6:1的非晶合金为前驱体，硝酸为腐蚀剂兼氧化剂，脱合金氧化合成纳米TiO₂‑SnO₂固溶体，具体步骤如下：（1）选用Cu、Ti、Sn、低腐蚀电位活性元素四种金属原料或Cu、Ti、Sn三种金属原料通过真空电弧炉熔炼制备合金熔锭；（2）利用真空旋淬设备的磁感应线圈加热合金熔锭，待合金完全熔化时，将合金液喷射至高速旋转的铜辊表面上，获得非晶条带；（3）恒温条件下，将非晶条带在硝酸溶液中进行脱合金氧化处理。该方法操作简单，不涉及大量溶液的使用以及苛刻的反应条件，制得材料的最小单元颗粒尺寸为3.5~6 nm，在500W紫外光下对罗丹明B的催化降解效率达到99%以上。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种纳米TiO₂-SnO₂固溶体光催化材料的制备方法。

背景技术

宽带隙n型半导体TiO₂(E_g＝3.0～3.2eV)和SnO₂(E_g＝3.6eV)不仅光催化活性高、化学性质稳定，而且价格低廉、绿色无污染，被认为是极具潜力的光催化材料，而以二者为基形成的TiO₂-SnO₂固溶体还具备半导体合成效果以及特殊的电子结构，从而具有更加优异的光催化性能。值得一提的是，TiO₂和SnO₂在晶体结构特征方面十分相似，而且彼此之间的离子半径和电学特征也非常相近，这为形成TiO₂-SnO₂固溶体提供了有利条件。一般来说，材料的结构越精细，其比表面积就越大，倾向于获得较高的光催化活性。因此，结构十分精细的TiO₂-SnO₂固溶体会是一种非常理想的光催化材料。 TiO₂-SnO₂中细小的纳米结构是由溶入TiO₂晶格中的Sn原子所致，它可通过提供大量不同的界面达到阻碍晶体生长的目的。

传统的TiO₂-SnO₂固溶体制备方法以固相法(高温烧结法)为主。然而，由该方法制得的产物颗粒较大、活性极低，而且长时间高温煅烧的能耗也很大。因此，人们开始通过湿法化学法来部分替代或是完全替代固相法。例如，中国专利CN106430291B采用溶剂热-煅烧两步法制备TiO₂-SnO₂固溶体；又如，中国专利CN102992398通过溶胶凝胶-水热法合成TiO₂-SnO₂固溶体。虽然这些方法解决了固相法中所存在的缺陷，但同时也带来了新问题。首先，这些方法涉及大量的溶液以及相关的化学反应，且各溶液的浓度、加入比例及顺序均需严格控制，制备工艺繁琐、反应条件苛刻。另外，溶液反应的最高温度可达220℃，需要通过高压反应釜才能实现，具有一定的安全隐患。针对上述问题，王宁等人(Wang N,etal.Appl.Surf.Sci.,2018,457:200-207.)以Ti/Sn原子比3:1 的非晶合金为前驱体，通过脱合金制备了TiO₂-SnO₂固溶体。该方法的制备过程极为简单，仅涉及一种溶液的使用，而且溶液的反应温度仅为70℃，通过水浴加热即可实现。然而，TiO₂-SnO₂固溶体的合成需要通过Cu-Ti非晶合金中添加Sn元素实现，Sn元素具有较强的延缓腐蚀效果，会大大增加样品的制备周期(由2天延长至7天)，引起 TiO₂-SnO₂固溶体的粗化行为，进而对材料的光催化活性造成不利的影响。

发明内容