[發明專利]一種二氧化鈦納米材料的晶相調控方法

有效

• 申請號: 202010544177.3
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111634943B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 孫明軒;林小靖
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 馬云

本發明公開了一種二氧化鈦納米材料的晶相調控方法，是將氨水溶液和三氯化鈦溶液加入水熱反應釜中，在170～190℃下進行水熱反應，反應結束后分離，對收集的固體進行洗滌、干燥，即得所述二氧化鈦納米材料。本發明采用水熱法，通過氨水溶液來調控二氧化鈦納米材料中不同晶相的含量，可獲得具有金紅石/銳鈦礦相、板鈦礦/銳鈦礦相、金紅石/銳鈦礦/板鈦礦相等多種不同相組分的二氧化鈦，且所制備的多相二氧化鈦具有較高的結晶度，整個調控方法具有方法簡單、成本低廉、綠色環保、易于操作和實現規模化等優點，有效促進了二氧化鈦納米材料在光電化學和光催化等多領域的應用，具有廣闊的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及一種二氧化鈦納米材料的晶相調控方法，屬于二氧化鈦納米材料技術領域。

背景技術

二氧化鈦(TiO₂)晶體是一種物理化學性質穩定的n型寬禁帶半導體材料，具有無毒、無害，制備簡單及價格低廉等優點，被認為是一種理想的半導體光催化材料，在光解水制氫、太陽能電池、光催化降解有機污染物以及傳感器等方面得到了廣泛的研究。

自然界中，TiO₂主要以銳鈦礦(Anatase)、金紅石(Rutile)和板鈦礦(Brookite)相三種形態存在。其中，金紅石型和銳鈦礦型都屬于四方晶系空間群分別為I41/amd和P42/mnm，二者均為不規則的八面體結構。銳鈦礦相TiO₂的晶胞參數為而金紅石相TiO₂的晶胞參數為在金紅石和銳鈦礦TiO₂晶胞中，Ti⁴⁺位于O原子構成的八面體中心。其中金紅石型具有最好的晶化態，但比表面積較小，晶格缺陷較少，對電子的俘獲能力差，導致電子和空穴對容易復合，因此降低了其光電轉化率和光催化性能，而銳鐵礦型的晶格缺陷較多，對電子的俘獲能力較強，電子-空穴對的復合速率相對較低，更有利于光電轉換光催化。板鈦礦為正交晶系，空間群為Pcab，其晶胞參數為由TiO₆八面體共邊構成。由此可見，不同晶相的二氧化鈦納米材料的性能差別很大，二氧化鈦納米材料的晶相調控對研究二氧化鈦納米材料的催化性能具有重要意義和實用價值。

目前已有的制備多相TiO₂的技術多是采用甲苯等有機溶劑進行相含量的調控，或者通過調控溫度達到相轉變的目的而獲得多相TiO₂納米顆粒。這些方法制備過程繁瑣，且毒性較大，不利于工業化生產和實際應用。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種二氧化鈦納米材料的晶相(金紅石/銳鈦礦/板鈦礦相)調控方法。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種二氧化鈦納米材料的晶相調控方法，是將氨水溶液和三氯化鈦溶液加入水熱反應釜中，在170～190℃下進行水熱反應，反應結束后分離，對收集的固體進行洗滌、干燥，即得所述二氧化鈦納米材料。

一種實施方案，所述方法具體包括如下步驟：

a)先將濃度為0.1～3.0wt％的氨水溶液加入水熱反應釜中，然后加入濃度為15～20wt％的三氯化鈦溶液，在170～190℃下進行水熱反應；

b)反應結束后分離，對收集的固體分別用水和乙醇洗滌后于70～90℃干燥，即得所述二氧化鈦納米材料。

一種優選方案，步驟a)中，氨水溶液與三氯化鈦溶液的體積比為1:10～2:1。

一種優選方案，步驟a)中，氨水溶液與三氯化鈦溶液的體積比為1:10～2:1，且氨水溶液的濃度為0.3～1.6wt％，在此條件下可調控制得具有金紅石/銳鈦礦/板鈦礦相的二氧化鈦納米材料。

一種優選方案，步驟a)中，三氯化鈦溶液在1～5秒內一次性加入含有氨水溶液的水熱反應釜中。

一種優選方案，所述水熱反應釜為聚四氟乙烯水熱反應釜。