[發明專利]制備自摻雜型黑色二氧化鈦的方法

有效

• 申請號: 201310750515.9
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103726092A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 汪遠昊
• 申請（專利權）人: 天津新實能源科技有限公司
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 郭偉剛

技術領域

本發明屬于二氧化鈦制備技術領域，涉及一種制備自摻雜型黑色二氧化鈦的方法。

背景技術

隨著二十一世紀人口與經濟的增長，環境問題日益成為制約人類發展、影響人類健康的核心因素。對于中國，針對室內空氣環境，如何降低空氣當中有害氣體的含量成為人們心中日益關注的問題。光觸媒作為一種無毒害且高效的納米光催化劑，其可以起到分解甲醛、甲苯、TVOC等有害氣體的作用，并且可以殺菌消毒，因此逐漸受到市場的熱捧，如表面覆蓋有二氧化鈦薄膜自潔凈玻璃。目前，國內市場上絕大多數的光觸媒均以二氧化鈦為核心材料，性能卓越且價格低廉。然而目前絕大多數的二氧化鈦型光觸媒，其二氧化鈦粉體為白色，即未經過任何摻雜處理。白色二氧化鈦為本征半導體，禁帶寬度為3.2eV。根據半導體光催化的原理，白色二氧化鈦只有吸收太陽光譜中的紫外部分才能發揮其光催化特性。然而陽光中的紫外部分僅為5%以下，因此白色二氧化鈦的量子產率較低。

為了提高白色二氧化鈦的量子產率，人們開始嘗試將二氧化鈦與其他離子進行摻雜，降低其禁帶寬度。目前幾乎所有可以嘗試的離子均對二氧化鈦進行了摻雜并進行了效果測試。其中二氧化鈦的自摻雜，即部分三價的鈦取代了四價的鈦，成為了人們研究的熱點。眾所周知，二氧化鈦當中的鈦為四價，而所謂的自摻雜，是利用了鈦離子具有三價及四價兩種不同的價態形式，通過將部分四價的鈦離子進行還原轉變成三價的鈦離子，進而實現在二氧化鈦當中進行三價鈦離子的自摻雜。目前針對二氧化鈦的自摻雜，國內外的報道均為化學還原法，其總的制備方法可總結為通過將鈦的前軀體與還原劑相混合，在惰性條件下進行還原。該方法雖然可以實現自摻雜，但由于涉及到惰性氣體等制約因素，且需要加熱煅燒，對生產條件要求嚴格，因此效率較低。并且該類方法無法針對市場上已有的廉價白色二氧化鈦進行改性，其整個制備方法等于重新對二氧化鈦進行合成，因此無法充分發揮市面已有白色二氧化鈦在晶體尺寸方面的優勢。

綜上所述，通過自摻雜方法制備的黑色二氧化鈦，其對提高光觸媒量子產率起到了至關重要的作用。而如何尋找出一種廉價簡便且生產效率高的方法制備出低成本的黑色二氧化鈦，則成為了當前研究的主要課題。

發明內容

針對現有的制備自摻雜型黑色二氧化鈦的方法制備工藝復雜、生產效率低的問題，本發明提出了一種制備自摻雜型黑色二氧化鈦的方法，通過采用電化學還原白色二氧化鈦粉體，使得二氧化鈦當中部分的四價鈦被電子還原成三價鈦。

根據本發明所述的制備自摻雜型黑色二氧化鈦的方法，包括以下步驟：

提供陽極鈦片和陰極鈦片，其中，所述陰極鈦片與所述陽極鈦片的面積比為1：1～2：1；

除去所述陽極鈦片表面的氧化層；

除去所述陰極鈦片表面的氧化層，然后在所述陰極鈦片表面鍍覆白色二氧化鈦涂層；

將1份質量的硫酸銨、4～8份質量的水和300～700份質量的乙二醇混合，得到電解液；

以所述陽極鈦片為陽極，以所述陰極鈦片為陰極，在所述電解液中以電化學還原法還原所述白色二氧化鈦涂層，得到自摻雜型黑色二氧化鈦。

根據本發明所述的制備自摻雜型黑色二氧化鈦的方法中，在所述陰極鈦片表面鍍覆白色二氧化鈦涂層的步驟包括以下子步驟：

S1：將100份質量的白色二氧化鈦粉體放置于燒杯中，然后加入30～50份質量的水和10～20份質量的乙二醇，攪拌均勻后，得到含有白色二氧化鈦的漿料；

S2：將所述漿料涂覆在所述陰極鈦片表面；

S3：將所述陰極鈦片在110℃～150℃下烘干；

S4：將所述步驟S2與所述步驟S3依次重復三到七次。

根據本發明所述的制備自摻雜型黑色二氧化鈦的方法中，以電化學還原法還原所述白色二氧化鈦涂層的步驟包括以下子步驟：

將所述陽極鈦片和所述陰極鈦片完全浸沒于所述混合液中，使所述陽極鈦片正對所述陰極鈦片，且所述陽極鈦片和所述陰極鈦片距離為3cm～6cm；

將所述陽極鈦片與直流穩壓電源的正極電連接，將所述陰極鈦片與所述直流穩壓電源的負極電連接，控制所述直流穩壓電源輸出10V～25V的電壓，并持續30秒～180秒。

根據本發明所述的制備自摻雜型黑色二氧化鈦的方法中，所述方法進一步包括以下步驟：

將所述自摻雜型黑色二氧化鈦加入到無水乙醇中并攪拌清洗一定次數，以除去所述自摻雜型黑色二氧化鈦中殘留的電解液，然后離心分離出所述自摻雜型黑色二氧化鈦；