[發(fā)明專利]一種分級(jí)混晶TiO2微納米材料、制備方法及其用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410024193.4
• 申請(qǐng)日: 2014-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103771508A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樸玲鈺;解英娟;吳志嬌;張曉;馬佩軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): C01G23/053
• 分類號(hào): C01G23/053;B01J21/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種物理混合法制備分級(jí)混晶TiO₂微納米材料及其用途，特別涉及一種由二維納米片組裝的銳鈦礦型分級(jí)TiO₂和金紅石小顆粒組成的分級(jí)混晶TiO₂微納米材料、制備方法，以及其在光催化領(lǐng)域的用途。

背景技術(shù)

TiO₂納米材料由于其具有良好的穩(wěn)定性、光催化效率高、環(huán)境友好及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已成為光催化領(lǐng)域人們研究最深入的半導(dǎo)體材料之一。TiO₂的光催化活性、折射率等物理化學(xué)性質(zhì)與其晶型、形貌、大小、比表面積及外露晶面等因素有關(guān)。因此，如何有效地調(diào)控TiO₂的晶型和形貌，使其更好地發(fā)揮各種優(yōu)勢(shì)性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，一直是光催化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

近年來(lái)，關(guān)于二維納米材料的研究日益增多，由其組裝成一定分級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米材料是今后二維材料的發(fā)展趨勢(shì)。

本申請(qǐng)人的在先申請(qǐng)CN103073057A公開(kāi)了一種分級(jí)混晶TiO₂微納米材料，所述微納米材料為納米線組裝形成的花狀結(jié)構(gòu)，所述花狀結(jié)構(gòu)的直徑為2～4μm，納米線直徑為10～30nm，納米線長(zhǎng)度為0.9～2μm，晶型組成為銳鈦礦-金紅石型混晶。

本申請(qǐng)人的在先提交的但未公開(kāi)的申請(qǐng)CN201310601539.8公開(kāi)了一種金紅石型二氧化鈦微納米材料，所述微納米材料為納米線組裝形成的分級(jí)花狀結(jié)構(gòu)，所述花狀結(jié)構(gòu)直徑為400～600nm，納米線直徑為5～10nm，納米線長(zhǎng)度為200～300nm。

上述已有技術(shù)公開(kāi)的微納米材料均為一維納米線組裝形成的分級(jí)花狀結(jié)構(gòu)，限制了TiO₂微納米材料作為催化劑的催化活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)已有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種形貌新穎、性能優(yōu)異的分級(jí)混晶TiO₂微納米材料，其具有優(yōu)異的光催化活性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及使用穩(wěn)定劑。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種分級(jí)混晶TiO₂微納米材料，所述微納米材料由二維納米片組裝形成的具有分級(jí)花狀結(jié)構(gòu)的銳鈦礦TiO₂和金紅石顆粒組成，所述花狀結(jié)構(gòu)的直徑為0.8～2μm，納米片寬為50～100nm，金紅石顆粒直徑為5～15nm，金紅石顆粒的質(zhì)量百分比為1～40%。若分級(jí)混晶TiO₂微納米材料中金紅石含量過(guò)多，則會(huì)造成銳鈦礦花狀表面完全被金紅石覆蓋，減少了分級(jí)混晶TiO₂的孔結(jié)構(gòu)和比表面積，從而阻礙反應(yīng)物與TiO₂的接觸，造成活性下降。

本發(fā)明中的二維納米片有序的組裝成分級(jí)TiO₂微納米材料，使得TiO₂在使用過(guò)程中能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用穩(wěn)定性，這是催化劑工業(yè)化應(yīng)用所必須具有的性能。同時(shí)，納米級(jí)的片狀基元結(jié)構(gòu)，能夠縮短光生電子和空穴的遷移時(shí)間，有效提高分離率，從而提高材料的光催化活性。而且，二維納米片狀基元結(jié)構(gòu)可以被充分利用，與一維納米線相比，顯著增大了光催化反應(yīng)的接觸面積，從而進(jìn)一步提高了材料的光催化活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

本發(fā)明材料的另一個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)是由銳鈦礦和金紅石組成的混晶結(jié)構(gòu)。銳鈦礦-金紅石型的混晶效應(yīng)同時(shí)提高了分級(jí)混晶TiO₂微納米材料作為催化劑的催化活性。兩相形成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，由于能帶位置的不同，光生電子能夠從銳鈦礦遷移至金紅石，從而造成光生電子-空穴對(duì)的有效分離，最終提高光催化活性。

本發(fā)明有效結(jié)合片狀分級(jí)微納米結(jié)構(gòu)和銳鈦礦-金紅石型混晶結(jié)構(gòu)，得到了催化活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均十分優(yōu)異的分級(jí)混晶TiO₂微納米材料。

所述花狀結(jié)構(gòu)的直徑為0.8～2μm，例如0.8μm、0.9μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm或1.9μm，優(yōu)選1～1.5μm。

所述納米片寬為50～100nm，例如53nm、56nm、59nm、62nm、65nm、68nm、70nm、71nm、74nm、76nm、77nm、80nm、83nm、85nm、86nm、89nm、92nm、95nm或98nm，優(yōu)選60～70nm。

金紅石顆粒的直徑為5～15nm，例如6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm或14nm，優(yōu)選8～10nm。