[发明专利]一种二氧化钛中空纳米材料、其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种二氧化钛中空纳米材料、其制备 方法及其应用。

背景技术

二氧化钛，半导体光催化剂的代表，尤其独特的结构和性能被广泛应用于 水中有机物的降解，是解决当前日趋严重的环境问题的重要方法之一。然而， 二氧化钛仅有锐钛矿相在紫外光区有良好的吸收，在可见光区吸收效率及太阳 能利用率较低，因此，对二氧化钛的改性成为现今研究的热点之一。

申请号为CN200910229406.6的中国专利公布了一种二氧化钛介孔微球的制 备方法，以聚乙烯吡咯烷酮为模板和碳源,将一定浓度的聚乙烯吡咯烷酮水溶液 和硫酸钛水溶液混合均匀。申请号为CN201310589979.6的中国专利公布了一 种二氧化钛介孔微球的制备方法，这种介孔结构的二氧化钛能有效提高光催化 能力，增强太阳能的利用率。众所周知，高比表面积的二氧化钛具有更优异的 光催化性能，而介孔微球结构的二氧化钛的光催化性能有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二氧化钛中空纳米材料 的制备方法，制得的材料具有光催化效率高的优点，同时成本低廉、工艺简单、 产率高。

上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种二氧化钛中空纳米材料，该材料的中空结构直径为1～2m，由直径20～ 50nm的颗粒有序的组成。

一种二氧化钛中空纳米材料的制备方法，包括如下步骤：在搅拌及超声波 的条件下,将钛酸四丁酯分散至有机酸和双氧水(H₂O₂)的混合溶液中，再移入 不锈钢反应釜，密封，加热反应，反应结束后冷却至室温，离心分离，用去离 子水反复清洗产物，再用无水乙醇反复清洗，干燥,退火，得到白色粉末，即为 所述二氧化钛中空纳米材料。

优选的，上述钛酸四丁酯在混合溶液中的浓度为0.05-0.2mol/L。

优选的，上述钛酸四丁酯在混合溶液中的浓度为0.1mol/L。

优选的，上述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸中的一种。

优选的，上述有机酸与双氧水的体积之比为5:1-50：1。

优选的，上述有机酸与双氧水的体积之比为20：1。

优选的，上述加热反应温度为100-220℃,反应时间为18-24h。

优选的，上述退火在管式炉中进行，温度为400℃-600℃。

二氧化钛中空纳米材料结构作为光催化剂的应用，提高了材料的比表面积， 使其具有更好的光催化性能。

本发明成本价廉，试剂均为商业产品，不需要再制备，生产工艺简单易控， 产率高，达到90-95％，适合大规模的工业生产。

附图说明

图1为实施例1制得的二氧化钛中空纳米材料结构的XRD谱图，与纯的锐 钛矿相二氧化钛图谱的文献值一致(JCPDSCardNumber21-1272)。

图2为实施例1制得的二氧化钛中空纳米材料结构的SEM图，由图2a可以 看出二氧化钛中空纳米结构直径为1～2μm，图2b表明二氧化钛中空纳米结构 是由直径20～50nm的颗粒有序的组成。

图3为本发明实施例1制得的二氧化钛中空纳米材料结构的光催化性能实 验图(以罗丹明B为降解染料)。

具体实施方式

以下通过具体实施方式进一步描述本发明，由技术常识可知，本发明也可 通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或 等同本发明范围内的改变均被本发明包含。

实施例1：

将5mmol钛酸四丁酯溶解在50mL乙酸和双氧水的混合溶液，乙酸与双氧 水的体积比为20：1，搅拌及超声波的30min后,将溶液移入不锈钢反应釜，密 封，置于真空干燥箱中于120℃保温24h，冷却至室温；反应产物经离心分离后， 分别用去离子水和无水乙醇反复洗涤，在真空条件下60℃干燥10h，最后在 500℃条件下在管式炉中退火2h得到白色粉末，产率是95％。

从图2a中可以看出二氧化钛中空纳米结构直径为1～2μm，图2b中可以看 出二氧化钛中空纳米结构是由直径20～50nm的颗粒有序的组成。

从图3中可以看出光催化反应50min时，罗丹明B降解率为98％，几乎完 全降解。

实施例2：