[发明专利]多孔TiO2纳米光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔TiO₂光催化纳米材料的制备方法，属于材料合成和光催化技术领域。

背景技术

光催化在环境保护与治理上的应用研究开始于20世纪70年代。自1972年Fujishima和Honda发现在紫外光照射下TiO₂可以光催化分解水，引起了国内外研究人员对半导体光催化性能的极大关注。特别是近年来，随着人们环保意识的增强以及能源短缺问题的日益尖锐，借助半导体的光催化作用，进行有害有毒污染物的光催化降解及光催化合成更为人们所青睐。

在众多的光催化材料中，TiO₂由于具有强氧化能力、化学性能稳定和价格低廉等优点，因此被认为是最具有实用前景的光催化剂。与常规材料相比，纳米TiO₂具有比表面积大、光吸收性好、表面活性大、分散性好等独特的优势，同时还具有光化学稳定，催化效率高、氧化能力强、无毒等特点，在环保、催化剂、涂料等领域应用广泛。目前，人们已经采用各种方法来制备具有不同形貌和结构的TiO₂纳米材料，主要有气相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。其中，气相法对反应条件要求较高，不易控制，成本较高；溶胶-凝胶法合成时受环境影响较大，且产物孔壁结晶度相对较差；共沉淀法中沉淀洗涤困难，产品中易引入杂质；而水热法操作简单，反应条件温和，成本低廉，得到的产品结构也较稳定，被证明是一种比较有效的方法。随着纳米科技和合成技术的发展，尽管在材料的制备方面已经取得了很大的进步，但各种形态的TiO₂纳米材料，其结构和光催化活性依然参差不齐。因而找到一种简单易行的方法合成出具有优异光催化活性的TiO₂纳米材料仍然是一个巨大的挑战。

鉴于此，本发明采用水热法，以水为溶剂，在四丙基氢氧化铵（TPAOH）的结构导向作用下，制备出具有多孔特征的TiO₂纳米材料。本发明方法具有操作简单，反应条件温和，原料易得，反应过程中未添加有机溶剂等优点。通过此方法制备的多孔TiO₂纳米材料形貌均一，结晶良好。此外，光催化实验结果表明，所得到的材料具有优异的光催化性能，有广阔的工业应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔TiO₂纳米材料的制备方法，本方法可以得到形貌均一，小粒径的多孔TiO₂纳米材料，且该材料具有优良的光催化性能。

本发明采用以下技术方案达到上述目的，现详细说明本发明的技术方案。具体操作步骤如下：

a.      用电子天平称取5 mmol钛酸正丁酯（TBOT），或其它钛源TiF₄、Ti(SO₄)₂，将其逐滴加入40 ml去离子水中混匀，常温下搅拌1 h；

b.     用电子天平按摩尔比TPAOH ：TBOT =（0.1-0.3）：1称取一定量的四丙基氢氧化铵（TPAOH）加入到上述溶液中，然后将其放入60-80 ℃水浴锅中，磁力搅拌3-6 h；

c.      将上述混合溶液倒入100 ml的带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在140-200℃条件下反应36-96 h；

d.     反应完成后，将产物从反应釜中取出，经常规的离心、洗涤、烘干、焙烧等步骤，即得本发明制备的多孔TiO₂纳米材料。

 

本发明的工艺过程中，以钛酸正丁酯（TBOT）为钛源，水为溶剂，在模板剂四丙基氢氧化铵（TPAOH）的结构导向作用下，通过简单的水热过程，从而制备出具有多孔特征的形貌均匀的TiO₂ 纳米材料。

与现有技术相比，本发明技术具有以下显著优点：

本发明方法工艺简单，条件温和，成本低廉，工艺过程未使用有机溶剂，对环境友好；制得的多孔TiO₂纳米材料结晶良好，光催化性能优异，可用于环境污染的预防与治理。

附图说明

图1为本发明实施例1中所得多孔TiO₂纳米材料的XRD谱图。

图2为本发明实施例1中所得多孔TiO₂纳米材料的TEM照片。

图3为本发明实施例1所得多孔TiO₂纳米材料与无模板剂对比例的光催化性能比较图。

具体实施方式

所有实施例均按上述技术方案的操作步骤进行操作。 

实施例1