[发明专利]一种基于H2

说明书

本发明属催化材料领域，涉及一种催化材料或作为材料基底的制备方法，特别涉及一种基于Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;氧化的三维多孔TiOsubgt;2/subgt;纳米薄膜材料及其制备方法与应用。本发明的制备方法以金属Ti和双氧水为原料，经过双氧水直接氧化Ti得到多孔TiOsubgt;2/subgt;纳米薄膜材料，无须以价格昂贵、有毒的含钛液相为原料，成本较低廉；对比传统的阳极氧化法和溶胶凝胶法，制备工艺简单、条件可控、绿色环保。本发明的TiOsubgt;2/subgt;为锐钛矿型TiOsubgt;2/subgt;，其形貌结构可控，可表现为零维的量子点、一维纳米棒“丛”、三维纳米“花”以及三维纳米片等阵列形状。本发明的多孔TiOsubgt;2/subgt;纳米薄膜材料可用于催化领域，尤其环境净化方向，如电催化电极材料、光催化材料，其性能稳定、安全环保、回收便利，具有很好的工程应用前景。

技术领域

本发明属催化材料领域，涉及一种光电催化材料的制备方法，特别涉及一种基于H₂O₂氧化的三维多孔TiO₂纳米薄膜材料及其制备方法与应用。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)因其无毒、耐腐蚀和低成本等优点而被广泛地应用于有机合成、环境治理、CO₂还原、自清洁、氢制备等领域。TiO₂是应用最为广泛的光、电催化材料，为了降低原料经济成本，使得催化材料便于循环回收、重复利用，通常对TiO₂进行固定化处理，薄膜型纳米材料是固定化处理的最主要的方法之一，因此，先后出现了TiO₂纳米线、纳米棒、纳米管等系列薄膜材料。

TiO₂制备方法主要有水热法、溶胶-凝胶法以及阳极氧化法等。“水热法制备TiO₂纳米棒阵列及应用研究进展”、“可见光响应的TiO₂双层纳米棒阵列制备及其光催化性能研究”等文献采用水热法制得TiO₂纳米棒阵列薄膜，需要低毒的醇/酯类液态钛源，对眼、呼吸系统及皮肤有刺激，需要高温高压反应釜，且对前驱体分解速率的控制较困难。溶胶凝胶法也是以醇/酯类钛源为前驱体，再进行成膜处理，如CN106915770B、CN108607535A采用的是软膜板法成膜，CN107986327采用硬模板法成膜，而模板法成膜需要后续高温处理除去模板剂，且尺寸较大、比表面积较小、制备工艺复杂，尺寸依赖于模具特性；CN105057003B公开了一种基于溶胶凝胶法制备前驱体，通过静电纺丝制备TiO₂纳米薄膜的方法，该方法设备复杂需要高压静电装置，且后续也需要高温除去有机载体；CN104087995B、CN106622247A是以醇/酯类钛源配制前驱体，通过电沉积法制备TiO₂纳米薄膜；CN1208126C、CN1218634C也是以醇/酯类钛源为前驱体，再提拉制备TiO₂纳米薄膜，该方法制的薄膜与基底之间存在界面错位，表面应力较大，结构不够稳定。阳极氧化法是制备TiO₂纳米管阵列薄膜最常用的方法，如CN101922044B、CN105817253B、CN106245091B以及文献“阳极氧化法制备有序TiO₂纳米管的实验因素”等，该方法电解液配置较复杂，氟离子溶液易污染环境，电解过程放热快、温度控制困难，纳米管阵列薄膜表面应力较大，结构不够稳定、易脱落。除此之外，还有一些特殊的TiO₂薄膜制备方法，如CN101565847B采用的微弧氧化法，CN101935819A和CN110499497A采用的离子体氧化法，这些方法涉及高压静电等复杂、高能耗设备。

因此，通过以上现有技术制备TiO₂的方法具有钛源安全性低、分解速度较难控制、高温除去模板剂或有机载体工艺复杂、结构不稳定等缺点，亟需一种基材安全环保、反应过程可控性强、设备简易、操作简便等特点的TiO₂制备方法，以解决上述现有技术中制备方法的不足。

发明内容