[發明專利]一種自摻雜二氧化鈦納米棒的制備方法

有效

• 申請號: 201310191496.0
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103240068A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 周小松;金蓓;徐旭耀
• 申請（專利權）人: 湛江師范學院
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司 44228
• 代理人: 劉廣生

技術領域

本發明涉及一種二氧化鈦納米棒的制備方法，具體涉及一種自摻雜二氧化鈦納米棒的制備方法。

背景技術

環境污染是困擾當今世界經濟發展的一大難題。大量使用化石燃料不僅對全球的環境和生態造成巨大的污染，而且這些能源是不可再生資源，全球的存儲含量估計到本世紀中葉即將枯竭。因此，如何解決環境污染問題已迫在眉睫。自從1972?年Honda和Fujishima?等發現TiO₂單晶電極在光的作用下具有一定的氧化還原性能以來，科學家們為解決環境污染這一難題提出了一個高效節能的解決方法：利用太陽光來分解有機污染物。

傳統的半導體光催化劑主要是無機化合物，包括金屬氧化物、硫化物、氮化物、磷化物及其復合物等，最具代表性的是TiO₂。TiO₂不溶于水、抗腐蝕能力強、廉價而方便處理、生物功能、光化學性能穩定、對環境無污染等優點，成為了一種理想的光催化劑。然而TiO₂的能帶隙為3.2?eV，只有波長低于380?nm以下的紫外光才能激發價帶電子的躍遷，而太陽光譜中紫外光不足5%，而波長為400-750?nm的可見光占到45%左右，這從根本上制約了TiO₂光催化劑的實際應用。目前，研究者通過摻雜、半導體復合、染料敏化、貴金屬負載和共軛聚合復合等方法拓寬TiO₂的光吸收帶邊，提高光催化活性。摻雜是對TiO₂改性一種有效的方法，但由于多數情況下，外來摻雜的離子可充當光生電子和空穴的復合中心，而且外來摻雜形成的雜質水平通常是不均勻不連續的，從而導致光生電子和空穴的遷移存在困難。此外，摻雜元素同時造成的一些熱不穩定性。

除了外來離子摻雜以外，自摻雜也是一種調控能帶結構和提高量子效率的有效手段。自摻雜TiO₂是一種結構獨特而富有潛力可見光光催化劑，但至今為止，自摻雜TiO₂的研究和應用報道得不多，主要原因是由于自摻雜TiO₂的制備方法復雜，條件苛刻，儀器昂貴等。

在二氧化鈦納米棒的制備方面，目前的制備方法主要是模板法，模板法在制備完成后需要用化學法除去模板，操作較為復雜。溶膠-凝膠法，如專利CN101025556公開了一種采用電場熱處理制備高光催化活性納米二氧化鈦粉末的方法，雖然目前溶膠-凝膠法是一種運用較多的納米材料的制備方法，但其工藝直接獲得的二氧化鈦多為無定型相。又如專利CN?1986907A?公開了一種借鑒溶膠-凝膠法模板法的反應機制，制備一種二氧化鈦納米線的方法，該方法需要高的反應溫度，且反應耗時。水熱合成法，如，CN?1669636A公開了一種水熱合成法制備二氧化鈦材料的方法，該方法制得的一維納米二氧化鈦材料長度不均勻，制得的納米管直徑為20-50納米，長度為幾微米到幾百微米。專利CN?101468812B?針對水熱合成法的不足，公開了一種通過將二氧化鈦納米顆粒、堿金屬氫氧化物和有機溶劑混合物加熱后與表面活性劑接觸制備二氧化鈦納米棒的方法，制得二氧化鈦納米棒長度均一，反應可在常壓下進行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自摻雜二氧化鈦納米棒的制備方法，該制備方法不經過以往的先制備出TiO₂，再在管式爐中使用還原性氣體進行還原處理制備自摻雜二氧化鈦的復雜工藝，并且解決高溫處理對產物的形貌和穩定性影響的問題，具有制備工藝簡單、成本低廉、快速、節能和效率高的優點，采用此制備方法制備出的自摻雜TiO₂納米棒尺寸可控、大小均勻，平均長度在50-80?nm，平均直徑在8-15?nm，該自摻雜TiO₂納米棒產品有望在光解水制氫、降解有機污染物等領域獲得廣泛的應用。

本發明的自摻雜二氧化鈦納米棒的制備方法，包括下述步驟：

（1）把鈦酸丁酯加入到肼和乙二醇的混合溶液中，其中鈦酸丁酯：肼：乙二醇的體積比為1:?1~3:13.5~15.5，強力攪拌15~60?min，獲得混合液；

（2）將步驟（1）獲得的混合液轉移到內襯四聚氟乙烯的水熱反應釜中；

（3）將內襯四聚氟乙烯的水熱反應釜置于干燥箱中，保持恒溫200℃，反應?12~24?h，然后自然冷卻至室溫；

（4）將步驟（3）所得產物過濾，用蒸餾水、無水乙醇洗滌沉淀各三次，然后在60~80℃下，干燥12~24?h，制得自摻雜二氧化鈦納米棒。