[發明專利]一種暴露高能晶面{001}金紅石型硼摻雜二氧化鈦微球的制備方法

有效

• 申請號: 201310729977.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103657625A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 周小松;金蓓
• 申請（專利權）人: 湛江師范學院
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/08
• 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微球的制備方法，具體涉及一種暴露高能晶面{001}金紅石型硼摻雜二氧化鈦微球的制備方法，屬于無機材料制備技術領域。

背景技術

環境污染和能源危機是困擾當今世界經濟發展的兩大難題，化石燃料的大量使用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，不僅可以促進TiO₂的光吸收帶邊紅移，而且可以提高其光催化活性。而暴露具有暴露高能晶面{001}金紅石型硼摻雜二氧化鈦微球至今沒有報道。

在硼摻雜二氧化鈦的制備方面，目前的制備方法主要是溶膠-凝膠法，該方法用做硼源的物質主要是硼酸和硼酸三乙酯，而鈦源包括鈦無機鹽如TiCl₄和鈦醇鹽，如鈦酸異丙酯、鈦酸丁酯。然而該方法B的摻雜量在二氧化鈦晶格中有限，由于B離子摻雜過多，將會從二氧化鈦晶體內部析出形成B₂O₃。機械-化學法也有報道，雖然機械-化學法的制備過程簡單，但是由于受力不均，產物的粒徑分布及摻雜元素的分散程度不好。水熱合成法形成的產物純度高，分散性好，分為一步和兩步水熱法。魏鳳玉等將鈦鹽溶液、硫酸和硼酸直接進行水熱處理后，沉淀經多次洗滌后于90℃下烘干即得硼硫共摻雜改性的催化劑。趙燕寧等用兩步水熱法制備了B-TiO₂，將TiO₂溶液與硼酸混合攪勻后置于聚四氟乙烯反應釜中，在85℃水熱反應5?h，然后于110℃反應20?h，得到的膠體干燥后煅燒即可。

本發明選用硼化鈦作為原料，加入到NaF和鹽酸的混合溶液，在水熱環境下反應，一步即可制得具有暴露高能晶面{001}金紅石型硼摻雜二氧化鈦，制備工藝簡單，重復性好。制備出的B-TiO₂微球尺寸可控、大小均勻，平均直徑約為3-5μm；硼元素體相摻雜，分布均勻，摻雜量大小可控；高能晶面{001}暴露率幾乎達到100%。制備出的B-TiO₂微球具有優異的可見光催化活性，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。

發明內容

本發明提供一種暴露高能晶面{001}金紅石型硼摻雜二氧化鈦（B-TiO₂）微球的制備方法，制備工藝簡單，重復性好；制備出的B-TiO₂微球尺寸可控、大小均勻，平均直徑約為3-5μm，高能晶面{001}暴露率幾乎達到100%，而且B-TiO₂微球具有優異的可見光催化活性。

為實現上述發明的目的，本發明采取的技術方案如下：

一種暴露高能晶面{001}金紅石型B-TiO₂微球的制備方法，包括如下步驟：

（1）將500?mg~1000?mg硼化鈦加入到NaF和鹽酸的混合溶液中，其中NaF的濃度為0.015mol/L，鹽酸的濃度為1-3?mol/L，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；