[發明專利]一種不同黑度的無定型羥基化納米TiO2及其制備方法

有效

• 申請號: 201410424413.2
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104229876A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 王智宇;范晨堯;錢國棟;樊先平
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

技術領域

本發明屬于金屬氧化物功能材料的制備領域，特別涉及一種不同黑度的無定型羥基化納米TiO₂及其制備方法。?

背景技術

納米TiO₂是一種新型無機功能材料，具有比表面積大、表面活性高、光吸收性能好等獨特的性能。納米TiO₂寶貴的光學性質使其在汽車工業及諸多領域都顯示出美好的發展前景。納米TiO₂還具有很高的化學穩定性、熱穩定性、無毒性、超親水性、非遷移性，且完全可以與食品接觸，所以被廣泛應用在抗紫外材料、紡織、光催化觸媒、自潔玻璃、防曬霜、涂料、油墨、食品包裝材料、造紙工業、航天工業、鋰電池中。?

雖然TiO₂由于其良好的光學特性和電子輸運性能而在太陽能電池等方面有廣泛的應用，但因為TiO₂的寬禁帶寬度（3.2eV-3.7eV），使其只能響應占太陽輻射總能量5%的紫外光，從而大大限制了TiO₂的應用范圍。為了解決這個問題，人們采用了很多方法，例如，向TiO₂中加入可控的金屬或非金屬（N,?C,?F,?S等）雜質改變其化學組成，是使其禁帶寬度窄化的有效方法。近年來，有人提出了對納米TiO₂進行氫化處理，增加其羥基化程度，從而在TiO₂納米晶表面產生無序層的方法。該方法有效提高了TiO₂的可見光吸收，產生能帶帶尾使禁帶寬度大大減小，不僅讓TiO₂的顏色發生了由白到黑的轉變，還提高了TiO₂的光催化活性。越來越多的氫化制備黑色TiO₂的研究表明，氫化使TiO₂中出現氧空位和Ti³⁺離子，導致了禁帶寬度變窄和光生電子空穴對的分離，是TiO₂光催化活性提高的主要原因。?

在席生岐等人所著專利《一種制備黑色二氧化鈦的方法》（申請(專利)號:?CN201110120847.X）中，采用鈦酸丁酯、無水乙醇、蒸餾水和冰醋酸為原料，在惰性氣體保護下焙燒得到了黑色的二氧化鈦，并且得到的黑色二氧化鈦不僅能夠比現有的白色的二氧化鈦具有更好的吸收太陽光的能力，而且可以有效地將光響應范圍拓展到可見光范圍內。該法制備出性能優異的黑色二氧化鈦，但存在工藝復雜，成本高昂等不足。?

超聲合成方法可以被用來刺激液相中的化學過程。近年來超聲因為容易施加并且可產生在外部環境中無法進行的化學反應和物理變化而成為納米合成中的重要工具。當溶液受到超聲輻射時，溶液中產生封閉的氣泡，氣泡中心出現高溫高壓區域，這就是所謂的聲學空穴。而超聲的主要化學效應就是來源于液相中氣泡的快速形成、生長和崩塌。該過程能迅速將聲場中的低能量密度集中，超聲產生的極端條件（局部溫度>5000K,?壓力>20MPa,?冷卻速率>1010Ks^-1）賦予了超聲處理溶液非常特殊的性質，包括使納米粒子更加離散，獲得更大的表面區域、更好的熱力學穩定性和相純度。超聲處理是一個簡單節能的過程，被廣泛用于化學和生物領域以合成具有特殊性質的材料。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種不同黑度的無定型羥基化納米TiO₂及其制備方法。?

本發明采用的技術方案為：?

不同黑度的無定型羥基化納米TiO₂，它們是通過對水相一步合成后的無定型納米TiO₂水合物進行不同時間的超聲處理后得到的，超聲時間越長，納米TiO₂的羥基化程度越高。

所述的水相一步合成是硫酸鈦溶液和氨水在水相中一步反應。?

所述的超聲處理條件為溫度80℃、超聲功率密度1500W/100mL、頻率25Hz，超聲時間從半小時到8小時不等，超聲后蒸干得到的樣品固體為黑灰色，黑度隨超聲時間的延長而加深。?

所述的超聲處理時間越長，得到的無定型羥基化納米TiO₂在太陽光和可見光照下都具有最高的光催化活性。?

納米TiO₂的禁帶寬度隨超聲時間延長而減小，比表面積和孔隙率隨超聲時間延長而增大。?

一種所述的不同顏色的混合相納米TiO₂的制備方法，具體步驟為：?