釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球及其一步水熱合成方法和應用與流程

2023-06-28 19:35:26 2

本發明屬於無機半導體納米材料製備領域，特別涉及到一種釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球及其一步水熱合成法和應用。

背景技術：

二氧化鈦是一種重要的多功能無機材料，其具有顆粒小，比表面積大，磁性強，吸收性能好，吸收紫外線能力強，表面活性大，分散性能強等優點。二氧化鈦所製得的懸浮液性穩定性好，且對人體無害，因此在光催化、紫外吸收劑、防嗮護膚化妝品、空氣淨化、精細陶瓷、高效能光敏催化劑、太陽能電池及氣敏傳感元件等領域有著廣泛和潛在的應用前景。

choi等人(The Journal of Physical Chemistry,1994,98:13669-1367)在研究金屬元素摻雜對量子尺度(2-4nm)銳鈦礦TiO2光催化活性的影響時，發現摻V能提高其紫外光輻射下的光催化活性，而且摻V導致了TiO2光學吸收邊紅移，但他們沒有研究其可見光催化活性。K.Iketan等人(Materials Science and Engineering B,2004,108:187-193)以sol-gel法製備了V摻雜TiO2薄膜。但是並沒有產生特殊的形貌結構。石可瑜等(催化學報,2002 23(4):301-403)將鈦酸四丁酯經酸性水解得到TiO2溶膠，將溶膠與苯酚混合後加入到正庚烷分散介質中，再滴加甲醛水溶液，通過反相懸浮聚合和溶膠一凝膠過程製備了聚合物與TiO2的複合微球，但這種方法過於複雜，成本比較高，且不利於工業化生產。2015年，專利CN104860348A採用溶劑熱法，實現一鍋法合成核殼結構的二氧化鈦，但其顆粒較大，且容易團聚形成大顆粒。

從溶液中製備二氧化鈦方法很多，也有很多不同形貌的製備，包括顆粒狀， 棒狀、管狀等結構。合成空心結構大多採用模板法，一般先在模板材料的表面包覆殼層材料，再通過溶解或者燒結的方法除去模板材料，得到空心結構。國外還有其它一些TiO2空心微球製備方法的報導。但是，通常在這些製備方法中均需要無機材料或有機物作為造孔劑和助劑，並在之後將這些造孔劑或助劑清除才能生成空心或者介孔結構。綜觀這些TiO2空心球製備方法，都存在著成本高、製備過程複雜以及難以大規模生產的缺點。

技術實現要素：

為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的首要目的在於提供一種釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球的一步水熱合成方法。

本發明的再一目的在於提供上述方法合成的釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球。

本發明的又一目的在於提供上述釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球的一步水熱合成方法，按照操作步驟：

(1)將偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素加入到帶有聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，加入水，進行反應；

(2)反應結束後冷卻、過濾、洗滌、乾燥；

(3)經過煅燒後得到釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球。

步驟(1)所述偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素的物質的量比為0.01～0.1:1:1～8。

步驟(1)所述水的加入量為聚四氟乙烯內襯體積的

步驟(1)所述反應的溫度為120～200℃，時間為8～16h。

步驟(2)所述的洗滌是依次採用蒸餾水、無水乙醇洗滌。

步驟(2)所述乾燥過程的溫度為60～80℃，乾燥時間為10～15h。

步驟(3)所述煅燒的溫度為300～500℃，煅燒時間3～5h。

上述方法合成的釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球。

上述的釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球可應用於光催化、光電子以及傳感器等領域中。

與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果：本發明的方法、工藝以及所需設備要求簡單，所得產物形貌較為新穎；且操作容易，安全，同時成本低，可以大規模生產。

附圖說明

圖1為實施例所製備的釩摻雜二氧化鈦超薄中空微球結構的XRD(X射線衍射)圖，其中圖中的a、b、c、d分別為實施例1、2、3、4的XRD圖。

圖2為實施例1釩摻雜二氧化鈦超薄中空微球結構SEM(掃描電子顯微鏡)圖，右上角為EDX(能量色散X射線光譜)圖。

圖3為實施例2釩摻雜二氧化鈦超薄中空微球結構SEM圖，右上角為EDX圖。

圖4為實施例3釩摻雜二氧化鈦超薄中空微球結構SEM圖，右上角為EDX圖。

圖5為實施例4釩摻雜二氧化鈦超薄中空微球結構SEM圖，右上角為EDX圖。

具體實施方法

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

實施例1

稱取偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素質量分別為0.0153g、2.000g、0.7508g，其中物質的量比分別為其中偏釩酸鈉：硫酸氧鈦：尿素＝0.01:1:1；將所取偏釩酸鈉、 硫酸氧鈦與尿素加入帶有聚四氟乙烯內襯(100ml)的高壓釜中，加入65ml的水，在140℃下反應10h；待反應釜冷卻後，然後過濾，依次採用蒸餾水和無水乙醇洗滌，再置於60℃烘箱中，乾燥時間12h；最後置於300℃馬弗爐中，煅燒4h，得到釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球。所得釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球的XRD(X射線衍射)圖如圖1所示，所得產品釩元素完全進入銳鈦礦TiO2結構中；SEM(掃描電子顯微鏡)圖如圖2所示，所得產品平均粒徑在0.8-1.5um，具有超薄中空結構。因此通過本方法能製備得到具有超薄中空結構的釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球，與其他現有相同製備技術相比具有方法、工藝以及所需設備要求簡單，所得產物形貌較為新穎；且操作容易，安全，同時成本低，可以大規模生產等優點。

實施例2

稱取偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素質量分別為0.0304g、2.000g、3.0032g，其中物質的量比分別為其中偏釩酸鈉：硫酸氧鈦：尿素＝0.02:1:4；將所取偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素加入帶有聚四氟乙烯內襯(100ml)的高壓釜中，加入65ml的水，在170℃下反應10h；待反應釜冷卻後，然後過濾。依次採用蒸餾水和無水乙醇洗滌，再置於60℃烘箱中，乾燥時間12h；最後置於400℃馬弗爐中，煅燒4h，得到釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球。所得釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球的XRD(X射線衍射)圖如圖1所示，所得產品釩元素完全進入銳鈦礦TiO2結構中。SEM(掃描電子顯微鏡)圖如圖3所示。所得產品平均粒徑在0.8-1.5um，具有超薄中空結構。因此通過本方法能製備得到具有超薄中空結構的釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球，與其他現有相同製備技術相比具有方法、工藝以及所需設備要求簡單，所得產物形貌較為新穎；且操作容易，安全，同時成本低，可以大規模生產等優點。

實施例3

稱取偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素質量分別為0.1525g、2.000g、6.0064g，其中物質的量比分別為其中偏釩酸鈉：硫酸氧鈦：尿素＝0.1:1:8；將所取偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素加入帶有聚四氟乙烯內襯(100ml)的高壓釜中，加入65ml的水，在120℃下反應16h；待反應釜冷卻後，然後過濾，依次採用蒸餾水和無水乙醇洗滌，再置於80℃烘箱中，乾燥時間10h；最後置於400℃馬弗爐中，煅燒3h，得到釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球。所得釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球的XRD(X射線衍射)圖如圖1所示，所得產品釩元素完全進入銳鈦礦TiO2結構中。SEM(掃描電子顯微鏡)圖如圖4所示，所得產品平均粒徑在0.8-1.5um，具有超薄中空結構。因此通過本方法能製備得到具有超薄中空結構的釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球，與其他現有相同製備技術相比具有方法、工藝以及所需設備要求簡單，所得產物形貌較為新穎；且操作容易，安全，同時成本低，可以大規模生產等優點。

實施例4

稱取偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素質量分別為0.1525g、2.000g、3.0032g，其中物質的量比分別為其中偏釩酸鈉：硫酸氧鈦：尿素＝0.1:1:4；將所取偏釩酸鈉、硫酸氧鈦與尿素加入帶有聚四氟乙烯內襯(100ml)的高壓釜中，加入65ml的水，在200℃下反應8h；待反應釜冷卻後，然後過濾，依次採用蒸餾水和無水乙醇洗滌，再置於60℃烘箱中，乾燥時間15h；最後置於500℃馬弗爐中，煅燒5h，得到釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球。所得釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球的XRD(X射線衍射)圖如圖1所示，所得產品釩元素完全進入銳鈦礦TiO2結構中。SEM(掃描電子顯微鏡)圖如圖5所示，所得產品平均粒徑在0.8-1.5um，具有超薄中空結構。因此通過本方法能製備得到具有超薄中空結構的釩摻雜二氧化鈦超薄中空結構微球，與其他現有相同製備技術相比具有方法、工藝以及所需設備要求簡單，所得產物形貌較為新穎；且操作容易，安全，同時成本低，可以 大規模生產等優點。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。