[发明专利]一种非晶纳米脱钛型二氧化钛材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料及其制备方法，更具体地说，涉及一种利用自由腐蚀法合成的纳米材料及其方法。

背景技术

二氧化钛作为一种宽禁带的半导体，其氧化还原电位高，光催化反应活性强，稳定性好，耐光腐蚀，且无毒无害成本低廉，目前在光催化领域拥有无可替代的位置，是最常用的光催化剂。就晶体结构来讲，二氧化钛具有三种常见的晶型，分别是锐钛矿、金红石、和板钛矿。它们组成结构的基本单位是TiO₆八面体，锐钛矿结构由TiO₆八面体通过共边组成，而金红石和板钛矿结构则由TiO₆八面体共顶点且共边组成。由于结构不同，相对于另外两种晶型，锐钛矿型的二氧化钛禁带宽度较大(E_g＝3.2eV)，光生电子空穴的氧化还原能力更强，更适合做光催化剂。纳米结构的二氧化钛具有纳米粒子特有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，在光照下氧化能力更强，光催化活性更高。纳米二氧化钛的制备方法一般分为气相法和液相法，气相法主要包括气体冷凝法、溅射法、真空蒸发法、混合等离子法等。液相法主要包括水解法、沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等制备技术。由于液相法能耗小、设备简单、成本低，是实验室和工业上广泛使用的制备方法，因而引起了广泛的兴趣和关注。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，以非晶态钛铜合金为原料，提供一种能够生长出较厚的锐钛矿型的纳米多孔二氧化钛材料及其制备方法，该方法操作简单，不需要高温煅烧即可制备结晶性较好的纳米二氧化钛薄膜。本方法属于液相法的范畴，成品材料具有良好的光催化性能。

本发明的目的通过下面技术方案予以实现。

首先(即步骤1)将非晶钛铜合金置于腐蚀液中密封容器，所述腐蚀液为质量百分数为50～68％的硝酸水溶液，其中加入硫酸盐以提供硫酸根，所述硫酸根的浓度为1～20mmol/L，所述非晶钛铜合金的总面积与腐蚀液的体积比例保持在200～600cm²/L。

然后(即步骤2)将密封容器在50～90℃下，保温时间为50～300小时即可。

所述步骤(1)中，HNO₃溶液的质量分数优选为55％-65％，更加优选为65％。

所述步骤(1)中，硫酸盐可以使任何水溶性的硫酸盐，如硫酸钠，硫酸钾，硫酸铜。

所述步骤(1)中，硫酸盐的浓度优选为5-15mmol/L，更加优选7-10mmol/L。

所述步骤(1)中，使用的钛铜非晶合金中Ti和Cu的原子摩尔比为(2～5)∶(8～5)，优选Ti和Cu的原子摩尔比为4∶6。

所述步骤(1)中，非晶钛铜合金制作成条带状，其总面积是指条带长宽的乘积(忽略条带厚度)，其与腐蚀液的体积比例优选为300-450cm²/L，更加优选300-400cm²/L。

所述步骤(2)中的保温温度优选为60-80℃，更加优选65-70℃，保温时间优选为100-250小时，更加优选120-150小时。

本发明的技术方案操作简便，与传统制备方法相比，主要有以下几个优势：(1)首次以非晶态钛铜合金为原料，原位合成二氧化钛薄膜(如附图1所示，扫描电子显微镜S4800，Hitachi，Japan)；(2)不需要高温煅烧即可制备结晶性较好的纳米二氧化钛薄膜(如附图2所示，RIGAKU/DMAX2500，Japan的XRD分析)；(3)长出的纳米多孔二氧化钛薄膜比传统方法更厚，更利于光催化反应中反应物的吸附，将本发明制备的材料用作光催化剂，经实验验证，有机染料罗丹明B10mmol/L shuirongye可在500W氙灯照射下使用少量本材料0.1g催化降解，一小时后降解率可达50％。由于本材料属于薄膜材料，可以克服粉末催化剂不可重复使用的缺点。

附图说明

图1制备的锐钛矿型纳米二氧化钛形貌照片(扫描电子显微镜S4800，Hitachi，Japan)。

图2制备的锐钛矿型纳米二氧化钛的XRD谱图(XRD测试仪器RIGAKU/DMAX2500，Japan)。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。选用非晶钛铜合金条带进行制备，其总面积为条带长宽的乘积，忽略条带厚度。

实施例1