[发明专利]一种比例可调的锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体低温制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种比例可调的锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体低温制备方法。

背景技术

二氧化钛光催化剂因其具有价廉、无毒、催化活性高、氧化能力强、化学稳定性好、抗磨损性和可以循环利用等优点，而成为环境处理中最为理想的催化剂。二氧化钛是一种多晶型化合物，最常见的有板钛矿、金红石和锐钛矿三种晶型。它们具有相同的八面体基本结构，但原子排布不同。其中金红石和锐钛矿型TiO₂研究较广泛，板钛矿由于难以制备较纯的纳米晶粒而很少被研究。

由于锐钛矿及金红石的晶体结构及稳定性不同，锐钛矿表面较金红石表面要有更多的缺陷及位错，因此表面改性时作用情况也不一致，如通过获得晶相比例可调的二氧化钛晶体则可对以后的表面改性研究提供更多的方便。目前锐钛矿和金红石两种晶相混合二氧化钛光催化剂制备方法需要高温加热，条件复杂不易控制，且锐钛矿和金红石两种晶相的比例不可调控，为后期对二氧化钛表面改性的研究产生不便。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的TiO₂晶相比例不可控，制备方法的条件复杂，不易控制的问题，提供一种比例可调的锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体低温制备方法。

本发明比例可调的锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体低温制备方法，按以下步骤进行：一、将3～9mL钛的前驱体溶于20～70mL醇中，得混合液；二、在磁力搅拌下，将混合液滴入30～90mL二次蒸馏水中，然后将所得液体装入三口瓶中，置于60～80℃水浴锅上，继续搅拌40～150min，得粘稠状混合物；三、将粘稠状混合物与300mL 1mol/L的碱溶液在60～80℃水浴下搅拌6～24h，然后离心分离出白色沉淀，用蒸馏水洗涤白色沉淀至洗涤后蒸馏水的pH值为7～8；四、取3～3.4g洗涤后的白色沉淀与20～120mL 1mol/L的酸溶液在60～80℃水浴下搅拌4h，得白色浆状液；五、调节白色浆状液的pH值至7～8，然后离心分离出沉淀A，用蒸馏水洗涤沉淀A 2～4次，干燥，即得锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体。

本发明的原料安全易得，价格低廉，操作简便，不需要高温高压反应，控制方便，节约能源，且避免了模板剂去除时保持晶体形貌与结构稳定的难题，使得实验室大规模制备乃至工业化生产成为可能。采用本发明方法得到的二氧化钛中锐钛矿/金红石可为单一晶相或两种晶相混合，二氧化钛晶相比例可控，产物纯白均一且有很好的分散性，具有较高的结晶度、比表面积和表面羟基化程度，且光催化性质十分稳定，明显优于常用的P25粉末样品。可以广泛用作光催化材料和电极材料，能够用于治理废水、净化空气、光电转换等方面。

附图说明

图1为具体实施方式八至十一中制得的四种锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体的Raman图；图2为具体实施方式八至十一中制得的四种锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体紫外光催化降解有机染料亚甲基蓝，随时间变化的降解曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式比例可调的锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体低温制备方法，按以下步骤进行：一、将3～9mL钛的前驱体溶于20～70mL醇中，得混合液；二、在磁力搅拌下，将混合液滴入30～90mL二次蒸馏水中，然后将所得液体装入三口瓶中，置于60～80℃水浴锅上，继续搅拌40～150min，得粘稠状混合物；三、将粘稠状混合物与300mL 1mol/L的碱溶液在60～80℃水浴下搅拌6～24h，然后离心分离出白色沉淀，用蒸馏水洗涤白色沉淀至洗涤后蒸馏水的pH值为7～8；四、取3～3.4g洗涤后的白色沉淀与20～120mL 1mol/L的酸溶液在60～80℃水浴下搅拌4h，得白色浆状液；五、调节白色浆状液的pH值至7～8，然后离心分离出沉淀A，用蒸馏水洗涤沉淀A2～4次，干燥，即得锐钛矿/金红石二氧化钛异质晶体。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述钛的前驱体为四氯化钛、硫酸钛、硫酸氧钛、钛酸丁酯或钛酸异丙酯。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述醇为无水乙醇或异丙醇。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中磁力搅拌的转速为300～1000转/分钟。其它与具体实施方式一至三之一相同。