[发明专利]一种高活性晶面共暴露的锐钛矿型TiO2

说明书

本发明提供了一种高活性晶面共暴露的锐钛矿型TiO₂纳米晶的制备方法，该方法以钛酸四丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，聚乙二醇600为分散剂，加入形貌控制剂，所述形貌控制剂为甲酸、乙酸或氢氟酸，利用溶剂热法合成{101}/{111}晶面共暴露的方块状和{101}/{010}晶面共暴露的菱形状锐钛矿型TiO₂纳米晶。本发明制备的锐钛型TiO₂纳米晶纯度高、粒径分布均匀，不仅能有效提高纺织工业和印染工业排放的废水中有机染料的降解性能，而且还可以提高防晒霜的抗紫外线性能、太阳能电池的光伏性能和传感器的性能。

技术领域

本发明属于纳米晶材料技术领域，具体而言，涉及一种高活性晶面共暴露的锐钛矿型TiO₂纳米晶的制备方法及应用。

背景技术

近年来，设计和合成具有特定形貌和高活性晶面暴露的无机半导体纳米材料受到了研究者的广泛关注。在各种半导体材料中，二氧化钛(TiO₂)作为一种宽禁带半导体，因其具有生物和化学惰性、低成本效益、光生空穴的氧化能力强以及对光化学腐蚀的长期稳定性等优点，被认为是最有前途的光催化剂之一。因此，TiO₂被广泛用在光催化剂、太阳能电池、离子锂电池、传感器等领域。

在自然界中，TiO₂主要有锐钛矿型(空间群：I4₁/amd)、金红石型(空间群：P4₂/mnm)和板钛矿型(空间群：Pbca)三种晶体结构，其中锐钛矿型TiO₂被认为是催化活性最高的催化剂。锐钛矿型TiO₂的光催化性能主要由其粒径、比表面积、结晶性、形貌和暴露晶面等因素决定的。对于锐钛矿型TiO₂，平均表面能由低到高的顺序为：{101}晶面(0.44 J/m²){010}和{100}晶面(0.54J/m²){001}晶面(0.90J/m²){111}晶面(1.60J/m²)。一般来说，平均表面能越高，锐钛矿型TiO₂在光催化反应的中催化性能就越高。然而，在晶体生长过程中，具有高表面能的晶面通常会迅速减少，以使表面能最小化。因此，在非平衡条件下，锐钛矿型TiO₂晶体是由等腰梯形组成的8个{101}晶面和平面正方形组成的2个{001}晶面构成的截头八面体。鉴于此，在过去的十多年里，研究者在设计合成具有特定形貌和暴露高活性晶面的锐钛矿型TiO₂方面做出了大量的努力。