[發明專利]一種異質種子中孔單晶金紅石二氧化鈦可控生長制備方法

有效

• 申請號: 201610486297.6
• 申請日: 2016-06-27
• 公開（公告）號: CN107540014B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 劉崗;吳亭亭;甄超;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及異質種子中孔金屬氧化物制備領域，具體為一種異質種子中孔單晶金紅石二氧化鈦可控生長的制備方法。該方法通過濕化學過程以四氯化鈦作為前驅體，含有異質種子的二氧化硅球作為模板，水熱生長具有特定晶面暴露的金紅石二氧化鈦，刻蝕模板后得到含異質種子的中孔單晶金紅石二氧化鈦，能夠實現異質種子外延生長助催化劑，解決了催化劑與助催化劑界面接觸質量較差，光催化效率較低的問題。與傳統種子模板法不同，本發明將四氯化鈦前驅體和含異質種子二氧化硅模板裝入反應釜中，經加熱處理，刻蝕后得到特定晶面暴露的中孔單晶金紅石二氧化鈦。

技術領域

本發明涉及異質種子中孔金屬氧化物制備領域，具體為一種異質種子中孔單晶金紅石二氧化鈦可控生長的制備方法，通過濕化學過程以二氧化釕(二氧化錫、二氧化銥)異質種子，以TiCl₄為前驅體水熱生長特定晶面中孔單晶金紅石TiO₂。

背景技術

由于二氧化鈦具有高的穩定性、合適的帶隙、低成本、無毒等優點，其作為經典的光催化材料引起了廣泛的關注和深入的研究。二氧化鈦光催化劑除了應用于光催化分解水外，還廣泛應用于光降解、太陽能電池、光電化學以及自清潔等領域。因為光催化反應主要在半導體材料的表面進行，且一定量的助催化劑有利用光生載流子的分離，所以研究半導體材料助催化劑沉積及找到提高其光催化效率的途徑是近年來研究的重點。近年來，對于助催化劑的沉積主要是通過熱沉和光沉的方法，這兩種方法沉積的助催化劑界面接觸質量較差，使得光生載流子不能有效的分離發生反應。

發明內容

本發明的目的在于提供一種異質種子中孔單晶金紅石二氧化鈦可控生長制備方法，利用結構的相似性使得RuO₂(SnO₂、IrO₂)即作為制備過程中TiO₂生長的形核位點，又可以作為光催化反應中的助催化劑，這種方法可以得到全部為{111}晶面暴露的中孔單晶金紅石TiO₂，改變種子的濃度，樣品的形狀基本不發生改變。

本發明的技術方案是：

一種異質種子中孔單晶金紅石二氧化鈦可控生長制備方法，以四氯化鈦鹽酸溶液作為前驅體，商用氟化鈉作為晶面控制劑，選擇同樣為金紅石型的二氧化釕、二氧化錫或二氧化銥作為異質種子，具體過程如下：

(1)取氯化釕水溶液或氯化銥水溶液為種子溶液，或者取氯化亞錫的乙醇溶液或水、乙醇混合溶液為種子溶液，加入二氧化硅球，制備含異質種子的二氧化硅球種子模板；

(2)將前驅體、氟化鈉和二氧化硅球種子模板放入反應釜中，前驅體體積為20ml～60ml，氟化鈉和二氧化硅球種子模板的質量比例為(0.1～1)：(0.5～20)，反應釜密封后，放入烘箱加熱處理，取出反應樣品，用去離子水清洗并烘干，刻蝕模板后，用去離子水和乙醇分別清洗并烘干，得到{111}晶面暴露的含不同異質種子的中孔單晶金紅石二氧化鈦，異質種子既作為制備過程中的形核位點，又作為光催化測試過程中的助催化劑。

所述的前驅體為商用化學純四氯化鈦溶液，所用的二氧化硅球直徑為5～250納米。

所述的反應釜材質為不銹鋼、鋁合金、銅和鉭的一種，反應釜的內膽為聚四氟乙烯和高密度聚乙烯的一種。

所述的四氯化鈦鹽酸溶液中，鹽酸的摩爾濃度為0.05M～5M，四氯化鈦的摩爾濃度為0.01M～1M；所述的氯化釕水溶液或氯化銥水溶液中，氯化釕或氯化銥的摩爾濃度為0.001mM～0.1M；所述的氯化亞錫的乙醇溶液或水、乙醇混合溶液中，氯化亞錫的摩爾濃度為0.001mM～0.1M，乙醇與水的體積比在0～1之間。