[發(fā)明專利]一種單分散二氧化鈦納米微球及其制備方法

無效

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• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101830502A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳進(jìn)明;宋小梅
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二氧化鈦納米微球及其制備方法，屬納米材料和光催化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為高級氧化技術(shù)之一，二氧化鈦光催化技術(shù)利用光子誘發(fā)的光生空穴的強(qiáng)氧化性，能無選擇性地將污水中的各種有機(jī)污染物深度氧化，因而是一種理想的污水處理技術(shù)。二氧化鈦的晶型、比表面積和形貌等是決定其光催化效率的關(guān)鍵因素。銳鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦較金紅石型、板鈦礦型等其他晶型的二氧化鈦具有更加優(yōu)異的光催化性能。同時(shí)，不同的二氧化鈦形貌影響其比表面積，對有機(jī)污染物的吸附及光生電子空穴對的分離輸運(yùn)等特性也有重要影響。

納米尺度的二氧化鈦不但帶來大的比表面積，而且極大縮短光生電子空穴對向液固界面的遷移距離，從而提高光生電子空穴對的分離效率。因此，二氧化鈦納米粉末分散于污水中形成懸浮體系，在紫外光照射下具有極高的光催化效率。遺憾的是，納米顆粒的回收十分困難，嚴(yán)重制約了光催化技術(shù)在污水處理中的實(shí)際應(yīng)用。有鑒于此，研究者將納米二氧化鈦擔(dān)載于各種載體，包括磁性納米顆粒表面，以解決催化劑的分離回收問題。但是，各種擔(dān)載技術(shù)都不可避免地降低二氧化鈦的光催化效率。有文獻(xiàn)報(bào)道，同等條件下，擔(dān)載于載體上的二氧化鈦薄膜的光催化效率只有分散于溶液中的二氧化鈦納米粉末的效率的1/4。

目前，利用金屬鈦和雙氧水溶液之間的反應(yīng)，已制備出納米多孔、納米線、納米棒、納米花等多種形態(tài)的二氧化鈦薄膜，但還未有利用金屬鈦和雙氧水溶液反應(yīng)得到比表面積大的單分散二氧化鈦納米微球。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有高的比表面積和優(yōu)異的光催化性能的單分散二氧化鈦納米微球及其制備方法。

本發(fā)明的單分散二氧化鈦納米微球，是由長度0.5～1.0微米，直徑為20～50納米的納米線團(tuán)簇成的直徑為1.5～2.5微米的球體。

制備單分散二氧化鈦納米微球的方法，包括以下步驟：

1)將質(zhì)量濃度為50～55％的氫氟酸、質(zhì)量濃度為65～68％的硝酸與去離子水按體積比1∶3∶6混合，得酸洗液；

2)將金屬鈦板表面用步驟1)所得的酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈，浸沒于質(zhì)量濃度為20～30％的雙氧水中，在60～80℃下反應(yīng)12～24小時(shí)后取出金屬鈦板，得到含有四價(jià)鈦離子的前驅(qū)體溶液；

3)在前驅(qū)體溶液加入氫氧化鈉配成濃度為5～10摩爾/升的氫氧化鈉溶液并置入聚四氟乙烯水熱罐，在120℃下水熱反應(yīng)20～64小時(shí)，得粉末。

4)粉末用去離子水反復(fù)清洗，再放入0.6摩爾/升的稀鹽酸溶液浸泡12h，干燥，放入馬弗爐450℃～700℃熱處理1h，得到單分散二氧化鈦納米微球。

本發(fā)明利用金屬鈦和雙氧水溶液反應(yīng)后的剩余溶液，水熱條件下，在濃堿作用下成功制備單分散二氧化鈦納米微球。方法簡便易行，不需要模板劑和催化劑。這種納米微球由二氧化鈦納米線團(tuán)簇而成，經(jīng)質(zhì)子交換和熱處理后晶型為純銳鈦礦，結(jié)晶良好，微球尺寸分布均一，可廣泛應(yīng)用于光催化、氣體傳感器、染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域。同時(shí)，微球的直徑已達(dá)到微米尺度，從而極大地降低了催化劑分離回收的難度，在污水處理領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，而且反應(yīng)物組成之一為制備二氧化鈦納米薄膜的反應(yīng)剩余溶液，使本發(fā)明符合節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)的理念。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的單分散二氧化鈦納米微球的場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；其中a)為低倍放大，b)為高倍放大。

圖2為實(shí)施例1制備的單分散二氧化鈦納米微球的X射線衍射圖譜；

圖3為實(shí)施例2制備的單分散二氧化鈦納米微球的透射電子顯微鏡照片；其中a)為低倍放大，b)為高倍放大。

圖4為實(shí)施例2制備的單分散二氧化鈦納米微球的高分辨透射電子顯微鏡照片；

圖5為實(shí)施例2制備的單分散二氧化鈦納米微球的X射線衍射圖；

圖6為實(shí)施例3制備的單分散二氧化鈦納米微球的場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；其中a)為低倍放大，b)為高倍放大。

圖7為實(shí)施例4制備的單分散二氧化鈦納米微球的透射電子顯微鏡照片；其中a)為低倍放大，b)為高倍放大。

圖8為實(shí)施例5制備的單分散二氧化鈦納米微球的場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；其中a)為低倍放大，b)為高倍放大。

圖9為實(shí)施例5制備的單分散二氧化鈦納米微球的高分辨透射電子顯微鏡照片；

圖10為實(shí)施例5制備的單分散二氧化鈦納米微球的X射線衍射圖；