[發明專利]一種混相二氧化鈦納米片光催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410243109.8
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN103991903A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 施偉東;蔡凡朋;梁雪芬;唐玉斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B01J21/06;C01B3/04;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于光催化材料技術領域，特別涉及一種混相二氧化鈦納米片的制備方法及其光催化制氫性能。?

背景技術

在能源危機和環境問題的雙重壓力下，氫能因其燃燒值高、無污染而成為最有希望替代現有化石能源的清潔能源；利用太陽能光催化裂解水制氫可以有效避免工業上采用的裂解化石能源制氫和電解水制氫方式耗能高、污染大的缺點，被認為是最為理想和最有前途的氫能開發途徑；光催化氧化是光化學反應的一個前沿領域，其研究涉及到多個學科，特別是光催化材料的開發和研制，則是光催化技術實現各種化學反應的關鍵之一，因此具有相當的難度，自1972年Fujishima和Honda發現二氧化鈦(TiO₂)單晶電極具有光分解水的功能以后，半導體多相光催化反應就引起了人們濃厚的興趣。?

TiO₂?作為一種光催化半導體具有化學性能、光催化性較好、無毒廉價的特點。盡管TiO₂是目前已知所有半導體材料中光催化反應活性最高的，但是迄今為止，文獻報道TiO₂光催化反應的量子效率都還是很低，也就是說絕大部分光子在反應中不能夠被利用，所以提高TiO₂的催化活性是多相光催化技術推廣應用的重要任務。特別值得注意的幾點是：（1）片狀結構因為具有極大的比表面積和豐富的表面活性點而備受關注；（2）片狀結構可以減少電子-空穴的傳輸距離，從而有效降低電子-空穴的復合率；（3）混相結構因為具有一種混相效應而使得其催化活性得到極大的改善。在大量的文獻報道中都提及半導體材料的形貌及晶相組成會對光催化性能產生很大的影響，尤其是混合晶型會使得光催化活性得到巨大的改善。然而混晶的TiO₂的合成都是有機械混合構成，即首先合成兩種晶型的材料，然后用物理的方法混合，這種復合方法的效果比較差。然而，合成一種同時具備混相組分和片狀結構的TiO₂?仍然受限于合成的方法和物質的本性，因此，到目前為止還沒有混相TiO₂納米片的合成及應用報道；這也使得設計新型混相TiO₂納米片在光催化制氫領域滿足理論研究及實際應用仍然是一個巨大的挑戰。?

發明內容

本發明的目的是提供一種混相TiO₂納米片簡便的制備方法，該方法以氧化石墨烯為模板，鈦酸正丁酯，醋酸為原料，利用溶膠-凝膠法、煅燒除模板，制得混相TiO₂納米片光催化材料。?

本發明提供一種混相TiO₂納米片的制備方法，其特征包括以下步驟：?

（1）氧化石墨烯的制備：本實驗石墨烯的制備方法是一種改性的Hummers方法，具體操作為，一定量的混合石墨、K₂S₂O₈、P₂O₅混勻后加入濃硫酸a，加???????熱一定時間后，水洗、過濾干燥后得到預氧化石墨；干燥后的預氧化石墨與濃硫酸b混合深度氧化，期間加入適量KMnO₄，恒溫處理后加入水與雙氧水，最后用稀鹽酸處理去除酸與金屬離子，超聲離心后得到氧化石墨烯。

（2）TiO₂前驅體與氧化石墨烯的復合：不同量的鈦酸正丁酯分散在醋酸中，得到溶液A，把氧化石墨烯分散在乙醇中，得到溶液B，在攪拌狀態下，將溶液B加入到溶液A中，得到溶液C；溶液C在室溫下攪拌一定的時間，離心、醇洗后得到TiO₂前驅體與氧化石墨烯的復合物D；在通空氣的條件下煅燒復合物D得到混相TiO₂納米片光催化材料。?

步驟（1）中，所述的混合石墨、K₂S₂O₈、P₂O₅重量比為1：2：2。?

步驟（1）中，所述濃硫酸a的體積與混合石墨質量的比例為6：1（ml：g）。?

步驟（1）中，所述濃硫酸b的用量為濃硫酸a體積的10倍。?

步驟（1）中，所述的KMnO₄與混合石墨的質量比為6:1~10：1，雙氧水與濃硫酸a的體積比為10：3，水的加入量為雙氧水體積的10倍。?

步驟（1）中，所述稀鹽酸溶液中水與濃鹽酸的體積比為5:1~10:1。?

步驟（2）中，所述鈦酸正丁酯分散在醋酸中，鈦酸正丁酯與醋酸的體積比為1:30~1:6。?