一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法

2023-05-31 02:25:46

專利名稱：：一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種光催化劑的製備方法，具體為一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法，屬於光催化劑領域。
背景技術：
：近年來，利用半導體光催化製備新能源和處理環境汙染已引起世界廣泛關注。Ti02以其無毒、催化活性高、化學穩定性好、價廉易得及可直接利用太陽光等優點受到人們的重視，並成為典型的光催化劑。二氧化鈦的光催化性能主要取決於晶相、結晶度、比表面、結構以及暴露的晶面。到目前為止，對於晶相、結晶度和比表面對二氧化鈦光催化性能的影響已有較深入的研究。理論計算顯示，銳鈦礦二氧化鈦晶體各晶面的平均表面能的高低順利為:0.90Jm-2{001}>0.53Jm_2{100}>0.44Jm_2{101}。因此，在銳鈦礦二氧化鈦晶體中，{001}高能晶面的反應活性要高於{101}晶面，但是目前合成的二氧化鈦主要還是以低能量的{001}晶面暴露為主，而關於{001}高能晶面暴露二氧化鈦的相關報導還較少。2008年，YangHuagui課題組通過水熱法合成了{001}面暴露率為47%的單晶銳鈦礦二氧化鈦；隨後也有人報導了{001}面暴露率達到89%的片狀單晶二氧化鈦。然而已有報導均是在水熱條件下利用氫氟酸作為形貌控制劑來合成{001}面暴露的單晶二氧化鈦，且合成的樣品形貌單一、尺寸不可調、結構簡單且暴露率均不到90%。採用溶劑熱方法，通過高溫高壓環境，促使特殊的{001}面暴露微米層狀二氧化鈦的形成，經過離心處理，即可得到{001}面暴露率大於90%微米層狀銳鈦礦二氧化鈦。這種{001}面暴露微米層狀銳鈦礦二氧化鈦在有機合成、環境治理、染料敏化太陽能電池、光電材料等方面有著潛在的應用價值。
發明內容本發明的目的是為了提供一種簡便快捷、可控性強的製備{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的新方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現。—種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法，具體步驟如下1)常溫下，將O.1-1.5g的四氟化鈦加入到40-200ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液；2)將透明的溶液轉移到50-500ml聚四氟乙烯水熱釜中，在140-20(TC保持6_72h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。所述的四氟化鈦和苯甲醇的混合溶液的填充量為整個釜體積的80%。所述的四氟化鈦與苯甲醇的比例在i:500到i:200(是指四氟化鈦的質量(克)除以苯甲醇的體積(毫升)，單位為g/ml)。步驟2)中，優選的自然冷卻時間為24h。本發明通過簡單的溶劑熱方法，通過改變原料液組分、溶劑熱時間及溫度可製備{001}面暴露率大於90%微米層狀銳鈦礦二氧化鈦光催化劑。具體的工藝按下列步驟進行首先，在常溫配置原料液。然後將原料液轉移到聚四氟乙烯釜(溶液佔釜體積80%)中，控制反應溫度和時間，可得到白色沉澱。沉澱經離心分離後得到{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑。所製備光催化劑在甲苯選擇性光催化氧化製備苯甲醛的反應中顯示出高於普通商業Ti02(Degussa，P-25)的催化活性。圖1為本發明實施例2的x-射線晶體衍射圖。圖2為本發明實施例2的掃描電子顯微鏡圖(a)和透射電子顯微鏡圖(b)。圖3為本發明不同反應時間所製備微米層狀二氧化鈦的掃描電子顯微鏡圖(a)實施例1，(b)實施例2，(c)實施例3。具體實施例方式下面結合附圖與具體實施例進一步闡述本發明的技術特點。實施例l常溫下，將0.10g的四氟化鈦加入到40ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明溶液，然後將溶液轉移到50ml聚四氟乙烯釜中，在16(TC保持12h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實施例2常溫下，將0.10g的四氟化鈦加入到40ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然後將溶液轉移到50ml聚四氟乙烯水熱釜中，在16(TC保持24h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實施例3常溫下，將0.10g的四氟化鈦加入到40ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然後將溶液轉移到50ml聚四氟乙烯水熱釜中，在20(TC保持72h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實施例4常溫下，將0.10g的四氟化鈦加入到40ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然後將溶液轉移到50ml聚四氟乙烯水熱釜中，在14(TC保持24h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實施例5常溫下，將0.20g的四氟化鈦加入到80ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然後將溶液轉移到100ml聚四氟乙烯水熱釜中，在20(TC保持24h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實施例6常溫下，將1.5g的四氟化鈦加入到400ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然後將溶液轉移到500ml聚四氟乙烯水熱釜中，在18(TC保持24h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實施例7常溫下，將O.60g的四氟化鈦加入到120ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然後將溶液轉移到150ml聚四氟乙烯水熱釜中，在16(TC保持48h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實施例8常溫下，將O.45g的四氟化鈦加入到200ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然後將溶液轉移到250ml聚四氟乙烯水熱釜中，在20(TC保持72h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實施例9常溫下，將0.13g的四氟化鈦加入到40mL苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然後將溶液轉移到50mL聚四氟乙烯水熱釜中，在18(TC保持6h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。上述實施例所得產品的x-射線晶體衍射圖如圖l所示，說明製備的{001}面暴露的微米層狀二氧化鈦具有很好的結晶度，其晶相為純銳鈦礦相，不含有金紅石和板鈦礦相。所得產品的掃描電子顯微鏡圖如圖2所示，說明製備的二氧化鈦是由規整的微米片層組裝而成的類似於花球狀的結構；透射電子顯微鏡圖說明對於單個微米片層來說其暴露的晶面為具有高反應活性的{001}面，其晶格指紋大小為O.189nm，(200)和(020)方向的夾角為90度。圖3為相同溫度下不同時間合成的催化劑的形貌，說明隨著反應時間的延長片層之間開始存在間隙，同時時間過長或不足時均不能形成規整的微米片層，只有在24h時形成的片層較為規整。表1為不同反應時間和溫度製得微米層狀銳鈦礦二氧化鈦光催化劑的結構參數實施例比表面積(m2/g){001}面暴露率％1149021695313914239251493615897138681790914885光催化氧化甲苯制苯甲醛反應在2(TC下，以六盞6W波長為310nm的紫外燈為光源，在150mL石英反應器中加10mL蒸餾水、10uL甲苯和O.10g催化劑，光源與石英管的距離為8cm，攪拌速度為1000rpm。開燈光照反應2h後取樣用氣相色譜分析反應原料和產物。反應數據列於表2。表2為實施例2和商業Ti02(Degussa，P-25)的光催化氧化甲苯制苯甲醛活性。tableseeoriginaldocumentpage6上述結果表明實施例2的活性是商業Ti02的3倍。權利要求一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法，其特徵在於具體步驟如下1)常溫下，將0.1-1.5g的四氟化鈦加入到40-200ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液；2)將透明的溶液轉移到50-500ml聚四氟乙烯水熱釜中，在140-200℃保持6-72h後自然冷卻至室溫，離心後即製得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。2.根據權利要求1所述的一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法，其特徵在於所述的四氟化鈦和苯甲醇的混合溶液的填充量為整個釜體積的80%。3.根據權利要求1所述的一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法，其特徵在於所述的四氟化鈦與苯甲醇的比例在i:500到i:200。4.根據權利要求1所述的一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法，其特徵在於步驟2)中，自然冷卻時間為24h。全文摘要本發明公開了一種光催化劑的製備方法，具體為一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的製備方法，屬於光催化劑領域。通過簡單的溶劑熱方法，通過改變原料液組分、溶劑熱時間及溫度可製備{001}面暴露率大於90％微米層狀銳鈦礦二氧化鈦光催化劑。具體的工藝按下列步驟進行首先，在常溫配置原料液。然後將原料液轉移到聚四氟乙烯釜(溶液佔釜體積80％)中，控制反應溫度和時間，可得到白色沉澱。沉澱經離心分離後得到{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑。所製備光催化劑在甲苯選擇性光催化氧化製備苯甲醛的反應中顯示出高於普通商業TiO2(Degussa，P-25)的催化活性。文檔編號C07C47/54GK101791545SQ20101011645公開日2010年8月4日申請日期2010年3月2日優先權日2010年3月2日發明者卞振鋒,曹鋒雷,朱建,李和興,王金果申請人:上海師範大學