[发明专利]一种制备{100}晶面锐钛矿相TiO2纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能性光催化剂材料制备领域，尤其涉及一种制备{100}晶面锐钛矿相TiO₂纳米颗粒的方法。 

背景技术

二氧化钛（TiO₂）由于具有来源丰富、无毒、稳定性好等特点，受到工业和科研界的广泛关注。近期，锐钛矿相TiO₂被认为是最理想的光催化材料之一，被广泛应用于光催化空气净化和光催化水处理中。 

锐钛矿相TiO₂的光催化效率与其尺寸大小、形貌、暴露晶面、分散程度、结晶性等息息相关，通常来说，小的颗粒尺寸具有大的比表面积，能吸附较多的有机物，表现出较高的光催化效率；同样，颗粒的分散程度越大，越有利于光催化效率的提升；此外，TiO₂的形貌直接决定了其对光的吸收利用以及光的散射，决定了光生电子-空穴的分离效率，一般来说，具有准一维结构形貌（如线状、管状、棒状和纺锤体状等）的TiO₂通常表现出较高的光催化效率。 

值得指出的是，暴露高活性晶面（如{100}或{001}晶面）的锐钛矿相TiO₂能表现出更好的光催化效果。一个热力学稳定的锐钛矿相的TiO₂倾向形成少量截角的八面体颗粒，即颗粒由8个低活性的{101}和2个高活性的{001}晶面构成。其中，{101}晶面所占的比例高达94%，主要由于高活性晶面由于其活泼性高、稳定性差等特点，极易在材料的生长过程中消失。因此，锐钛矿相TiO₂在生长过程极易暴露低活性晶面的{101}晶面，形成八面体颗粒。近期，采用氟离子作为稳定剂，制备出暴露大量高活性{001}晶面的锐钛矿相TiO₂微米颗粒，并证实其具有较高的光催化活性。随后，一系列研究工作都开展在如何制备大量暴露{001}晶面的锐钛矿相TiO₂。这些工作包括如何增大颗粒的截角程度、减小颗粒的粒径以及合成方法的改进等。 

有理论计算表明，{100}晶面相比于{101}晶面具有较高的晶面能，并有部分学者认为其晶面能还高于{001}晶面。然而，关于暴露大量高活性{100}晶面的锐钛矿相TiO₂纳米颗粒的合成则报道很少。目前制备暴露大量高活性{100}晶面的锐钛矿相TiO₂纳米颗粒的方法为采用钛酸钠纳米管为前驱体，直接对其水热转化，以制备出具有暴露大量{100}晶面的四方柱状锐钛矿相TiO₂纳米棒。上述方法可以制备出具有暴露大量{100}晶面的四方柱状锐钛矿相TiO₂纳米棒主要由于钛酸钠纳米管相对稳定以及它在分解的过程中可以逐渐释放出氢氧根离子，起到稳定{100}晶面的作用。上述制备得到的锐钛矿相TiO₂颗粒为四方柱状形貌，且颗粒的粒径均大于50纳米。因此，合成尺寸小于50纳米的暴露活性{100}晶面锐钛矿相TiO₂纳米颗粒仍旧是一个技术难题。 

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种制备{100}晶面锐钛矿相TiO₂纳米颗粒的方法，可以制备出粒径尺寸小于15纳米的暴露活性{100}晶面的锐钛矿相TiO₂纳米颗粒。 

本发明所提供的一种制备{100}晶面锐钛矿相TiO₂纳米颗粒的方法，包括： 

将钛源通过水解反应得到水合TiO₂沉淀；

将所述水合TiO₂沉淀分散在碱性双氧水溶液中进行水热反应，得到暴露活性{100}晶面的锐钛矿相TiO₂纳米颗粒；所述碱性双氧水溶液的pH值为8至13。

优选的，在双氧水溶液中添加碱或在碱溶液中添加双氧水得到所述碱性双氧水溶液。 

优选的，所述碱性双氧水溶液的pH值为8.5至10.5。 

优选的，所述钛源选自乙醇钛、丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵中的一种或者几种的组合。