[發明專利]一種高能晶面暴露的二氧化鈦介孔微球及其制備方法

有效

• 申請號: 202010826305.3
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN112062152B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 常鷹;魏志順;諶援;王莉;何鵬浩
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06;B01J35/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明涉及一種高能晶面暴露的二氧化鈦介孔微球及其制備方法。即以鈦醇鹽為鈦源，有機醇作為溶劑，通過在低溫的條件下控制鈦醇鹽在醇—水溶液中的水解，改變鈦源、反應溫度、反應時間、金屬鹽水溶液、有機醇與水的比例等來控制二氧化鈦介孔微球的形成，并選用環保經濟的金屬鹽溶液控制其球形度與粒徑，采用離心收集結合冷凍干燥獲得介孔微球前驅體。再利用醇/水混合體系，通過水熱/溶劑熱法控制醇/水體積比、水熱反應溫度、水熱反應時間等參數將介孔微球前驅體制備成高能面如(001)晶面暴露的介孔TiO₂微球。本發明制備體系簡單，周期較短，通過該法可以制得球形度好、粒徑分布均勻、介孔結構豐富、高能晶面暴露的二氧化鈦介孔微球。

技術領域

本發明屬于光催化材料領域，涉及一種光催化材料二氧化鈦微球及制備方法，具體涉及一種高能晶面暴露的二氧化鈦介孔微球及其制備方法。

背景技術

TiO₂作為研究最多的光催化材料，因其化學穩定性好、無毒、成本低等優點，是最佳的光催化劑之一。但TiO₂自身的缺點，如微米級TiO₂活性位點少、光生電子空穴對易發生復合導致其量子效率低等；納米級TiO₂易團聚也導致活性位點少，同時細小的納米顆粒在用作光催化處理水時會分散在水中無法回收而成為二次污染源。上述缺點限制了TiO₂作為光催化劑的進一步發展。因此構建高光催化效率的TiO₂至關重要。球形介孔TiO₂微球能解決TiO₂比表面積小、活性位點少的問題，提高TiO₂材料的光催化效率。此外，對TiO₂實施晶面工程處理能夠暴露TiO₂特定的高能面如(001)晶面，該高能面可促進其電子空穴對的遷移與分離，提高TiO₂的光催化效率。若對二者進行結合，制備得到高能面暴露的球形介孔TiO₂微球，將能整合二者的優點，顯著提高TiO₂的光催化性能。

目前，球形介孔TiO₂的制備方法主要有溶膠—凝膠法，水熱法，溶劑熱法和自組裝法等。專利CN103214033A提供了一種尺寸可控球狀介孔TiO₂的制備方法，該法通過溶劑熱法利用有機醇類與酸酯化反應緩慢釋放的水分子控制水解鈦源，生產TiO₂納米晶并團聚成介孔球狀TiO₂。專利CN103771509A利用水熱法，以TiOSO₄作為前驅體和單一的SDS為模板劑，制備了粒徑范圍為20–30nm，比表面積為77–92m²/g，孔徑為2–3nm的球形介孔TiO₂。專利CN103979605A利用自組裝法，通過鈦酸和雙氧水得到過氧鈦酸溶膠，并由過氧鈦酸溶膠與表面活性劑組成自組裝體系，再將其烘干焙燒得到孔徑為10–30nm，比表面積為63–235m²/g，孔體積為0.55–1.02cm³/g的介孔二氧化鈦材料。上述專利制備體系復雜，過程冗長且成本較高，容易引入雜質。最重要的是上述專利中的球形介孔TiO₂要么粒徑是納米級，要么根本沒有高能暴露晶面的存在。即使后期對TiO₂進行晶面工程處理，通常也是采用F-型和非氟型封端劑加入，增加雜質與處理工藝的同時，F-型封端劑還對環境有害。

發明內容