[發明專利]一種高（001）面銳鈦礦型二氧化鈦納米晶的制備方法

有效

• 申請號: 201610708917.6
• 申請日: 2016-08-23
• 公開（公告）號: CN106241865B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 何俊杰;丁興;劉灼瑜;孫衛東
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州地球化學研究所
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市越秀區海心聯合專利代理事務所(普通合伙)44295
• 代理人: 王洪娟

技術領域

本發明屬于納米二氧化鈦技術領域，具體涉及一種高(001)面銳鈦礦型二氧化鈦納米晶的制備方法。

背景技術

納米二氧化鈦是目前使用最廣泛的光催化材料。其中，銳鈦礦型納米二氧化鈦由于其化學物理穩定性好、環境友好、資源量充足、光催化性能優異等特點，廣泛應用于光催化、太陽能電池、防紫外添加劑、生物體移植、抗菌除臭、器皿材料、光子晶體、重金屬污染處理等先進領域，是最具有開發前景的光電、綠色環保材料。

銳鈦礦型二氧化鈦(001)晶面由于較高的能量，具有良好的反應活性，因此占比越高，則材料的光催化性能越好。但是，在自然成核生長過程中，銳鈦礦型二氧化鈦的(001)晶面生長迅速，通常很難合成出，這在一定程度上制約了高光催化活性納米二氧化鈦的工業生產以及推廣。

自2008年首先報道利用氟離子降低(001)的表面能進而合成出高(001)面的微米單晶銳鈦礦型二氧化鈦的研究后(Yang et al.2008.Anatase TiO₂single crystals with a large percentage of reactive facets.Nature,453:638-642)，利用含氟成分合成高(001)面的銳鈦礦型二氧化鈦的方法得到了廣泛推廣。

目前合成高(001)面的銳鈦礦型二氧化鈦都是采用前驅體和誘導劑、控制劑進行反應獲得，其中前驅物溶液有四氟化鈦、四氯化鈦、三氯化鈦、鈦粉+過氧化氫、四氯化鈦+氧氣、鈦片+氟化氨、硫酸鈦、氮化鈦、二硫化鈦、硼化鈦以及鈦酸四丁酯等鈦醇鹽，而誘導劑或控制劑則通常使用氫氟酸和(或)無水乙醇、羧酸、甲苯、丙酮、丙三醇等各類有機試劑(Liu et al.2011.Crystal facet engineering of semiconductor photocatalysts:motivations,advances and unique properties.Chem.Commun.,47:6763-6783.)。

由于合成過程中使用一種或多種前驅物作為鈦源，同時也使用一種或多種無機和(或)有機試劑作為納米晶形貌控制劑，導致合成高(001)面銳鈦礦型二氧化鈦的試劑準備較多，過程較繁，成本也不低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高(001)面銳鈦礦型二氧化鈦納米晶的制備方法，該 制備方法原料簡單、易獲得，反應時間短，反應溫度低，避免了復雜的反應流程，簡化了工藝，成本較低，同時合成出的銳鈦礦型二氧化鈦納米晶顆粒均一、晶形完好、高(001)面占比。

本發明的上述目的是通過如下技術方案來實現的：上述高(001)面銳鈦礦型二氧化鈦納米晶的制備方法的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取氟鈦酸鉀K₂TiF₆溶于水中得氟鈦酸鉀K₂TiF₆溶液，將氟鈦酸鉀溶液置于水熱反應釜中，密封后調節水熱反應釜內反應溫度為150～230℃，并采用惰性氣體調節水熱反應釜內壓力為50～150MPa，進行水解反應0.5～10h，反應后快速冷卻至室溫；

(2)打開水熱反應釜，回收釜內殘余溶液，收集樣品，所得納米二氧化鈦樣品經洗滌、干燥后即得高(001)面納米銳鈦礦型二氧化鈦納米晶。

在上述高(001)面銳鈦礦型二氧化鈦納米晶的制備方法中：

步驟(1)中水優選為去離子水，氟鈦酸鉀K₂TiF₆溶液的摩爾濃度優選為0.005～0.04mol/L，氟鈦酸鉀溶液的體積優選占水熱反應釜總體積的10％～80％。

步驟(1)中的反應時間包括升溫所耗的時間。

步驟(1)中密封后調節水熱反應釜內反應溫度優選為180～210℃，并采用惰性氣體調節水熱反應釜內壓力優選為80～120MPa，優選進行水解反應0.5～5h。

步驟(1)中所述的惰性氣體優選為氬氣或氦氣，優選采用冰水或壓縮空氣對反應釜進行快速降溫。

步驟(2)中殘余溶液包括氟鈦酸鉀、氫氟酸和氟化鉀，在殘余溶液中加入過量鈦粉，能得到初始原料氟鈦酸鉀K₂TiF₆溶液，并能一定程度消除氫氟酸污染。