[發(fā)明專(zhuān)利]一種不同黑度的無(wú)定型羥基化納米TiO2及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410424413.2
• 申請(qǐng)日: 2014-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104229876A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王智宇;范晨堯;錢(qián)國(guó)棟;樊先平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G23/047
• 分類(lèi)號(hào): C01G23/047;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

技術(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

納米TiO₂是一種新型無(wú)機(jī)功能材料，具有比表面積大、表面活性高、光吸收性能好等獨(dú)特的性能。納米TiO₂寶貴的光學(xué)性質(zhì)使其在汽車(chē)工業(yè)及諸多領(lǐng)域都顯示出美好的發(fā)展前景。納米TiO₂還具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無(wú)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(yīng)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(yè)、航天工業(yè)、鋰電池中。?

雖然TiO₂由于其良好的光學(xué)特性和電子輸運(yùn)性能而在太陽(yáng)能電池等方面有廣泛的應(yīng)用，但因?yàn)門(mén)iO₂的寬禁帶寬度（3.2eV-3.7eV），使其只能響應(yīng)占太陽(yáng)輻射總能量5%的紫外光，從而大大限制了TiO₂的應(yīng)用范圍。為了解決這個(gè)問(wèn)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(zhì)改變其化學(xué)組成，是使其禁帶寬度窄化的有效方法。近年來(lái)，有人提出了對(duì)納米TiO₂進(jìn)行氫化處理，增加其羥基化程度，從而在TiO₂納米晶表面產(chǎn)生無(wú)序?qū)拥姆椒āＴ摲椒ㄓ行岣吡薚iO₂的可見(jiàn)光吸收，產(chǎn)生能帶帶尾使禁帶寬度大大減小，不僅讓TiO₂的顏色發(fā)生了由白到黑的轉(zhuǎn)變，還提高了TiO₂的光催化活性。越來(lái)越多的氫化制備黑色TiO₂的研究表明，氫化使TiO₂中出現(xiàn)氧空位和Ti³⁺離子，導(dǎo)致了禁帶寬度變窄和光生電子空穴對(duì)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(zhuān)利《一種制備黑色二氧化鈦的方法》（申請(qǐng)(專(zhuān)利)號(hào):?CN201110120847.X）中，采用鈦酸丁酯、無(wú)水乙醇、蒸餾水和冰醋酸為原料，在惰性氣體保護(hù)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(xiàn)有的白色的二氧化鈦具有更好的吸收太陽(yáng)光的能力，而且可以有效地將光響應(yīng)范圍拓展到可見(jiàn)光范圍內(nèi)。該法制備出性能優(yōu)異的黑色二氧化鈦，但存在工藝復(fù)雜，成本高昂等不足。?

超聲合成方法可以被用來(lái)刺激液相中的化學(xué)過(guò)程。近年來(lái)超聲因?yàn)槿菀资┘硬⑶铱僧a(chǎn)生在外部環(huán)境中無(wú)法進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)和物理變化而成為納米合成中的重要工具。當(dāng)溶液受到超聲輻射時(shí)，溶液中產(chǎn)生封閉的氣泡，氣泡中心出現(xiàn)高溫高壓區(qū)域，這就是所謂的聲學(xué)空穴。而超聲的主要化學(xué)效應(yīng)就是來(lái)源于液相中氣泡的快速形成、生長(zhǎng)和崩塌。該過(guò)程能迅速將聲場(chǎng)中的低能量密度集中，超聲產(chǎn)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(zhì)，包括使納米粒子更加離散，獲得更大的表面區(qū)域、更好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和相純度。超聲處理是一個(gè)簡(jiǎn)單節(jié)能的過(guò)程，被廣泛用于化學(xué)和生物領(lǐng)域以合成具有特殊性質(zhì)的材料。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種不同黑度的無(wú)定型羥基化納米TiO₂及其制備方法。?

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：?

不同黑度的無(wú)定型羥基化納米TiO₂，它們是通過(guò)對(duì)水相一步合成后的無(wú)定型納米TiO₂水合物進(jìn)行不同時(shí)間的超聲處理后得到的，超聲時(shí)間越長(zhǎng)，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(yīng)。?

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

所述的超聲處理時(shí)間越長(zhǎng)，得到的無(wú)定型羥基化納米TiO₂在太陽(yáng)光和可見(jiàn)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(shí)間延長(zhǎng)而減小，比表面積和孔隙率隨超聲時(shí)間延長(zhǎng)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：?