[發明專利]暴露高指數{136}面的銳鈦礦氧化鈦多面體納/微米光催化劑的合成方法

有效

• 申請號: 202110121429.6
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112892514B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 王聰慧;汪萌;黎俊;蘇超;張天蕓;覃慧妮;夏紫娟;潘玉坤;劉平樂
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發明公開了暴露高指數{136}面的銳鈦礦氧化鈦多面體晶體催化劑的制備方法。本發明先合成具有特定形貌的規則多面體TiO₂作為母晶，然后用不同濃度的有機/無機酸作為化學刻蝕劑進行刻蝕實驗，在形貌的二次調變中將高指數{136}面引入晶體中?？刂苝H，改變刻蝕時間，可以調控{136}面的暴露比例，得到的晶體形貌均一，且具有優異的光催化性能和光電化學性能。

技術領域

本發明涉及銳鈦礦氧化鈦催化劑的制備，特別涉及暴露高指數{136}面的氧化鈦多面體納/微米光催化劑的制備方法。

背景技術

在無機材料中，銳鈦礦氧化鈦是一種重要的半導體材料，TiO₂由于其化學和生物惰性，成本效益以及光生空穴的強大氧化能力，在催化，光伏電池，自清潔設備，傳感器，鋰離子電池材料，光發射，水分解，涂料等方面的廣泛應用而備受關注。如何進一步提高二氧化鈦材料的性能和利用效率是該領域的關鍵問題。催化劑的活性可通過調節其尺寸，形貌，晶面比例，暴露新晶面，即通過控制表面的原子排列結構來實現(參見文獻：Angew.Chem.2011,123,1361–1365；Adv.Funct.Mater.2011,21,3554–3563)。

單晶模型催化劑的基礎研究指出，高指數面上含有高密度的臺階原子，扭結原子和表面懸掛鍵等結構而具有優于低指數面的性能(參見文獻：Nature，1975,258,580-583)。因此，制備主要暴露高指數面的納米晶體是制備高活性和穩定性的納米催化劑的重要途徑。例如華東理工大學等課題組利用水熱法合成了主要暴露{105}高能面的TiO₂八面體(參見文獻：Angew.Chem.2010，123,3848-3852)。然而暴露高指數面的納米晶體往往很難制備出來，這是由于高指數面往往具有高的表面能，導致其在晶體生長過程中具有快的生長速率而趨于消失。

高指數面的生長與其制備條件密切相關，因為高指數面的制備在熱力學上是不利的，所以高指數面的合成通常條件苛刻且難以放大。目前為止，國內外關于氧化鈦的晶面調控及其應用的研究已有較多報導，例如暴露{001}晶面的截斷八面體，主要暴露{101}晶面的八面體，暴露{100}面的立方體，主要暴露{010}面的納米棒等氧化鈦多面體先后報道。

制備暴露高指數面的晶體最常用的策略是通過使用封端劑，選擇性吸附在晶體表面改變晶面的表面能，實現其生長速率的調變，從而得到暴露高指數面的晶體，然而截止目前，較為成熟作為封端劑調控出來高能面的封端離子大多數為F^-，且調控出來的都是{001}晶面。且有些配體離子難以完全除去，對其晶面活性產生干擾。

通過生長條件的控制實現對晶體生長動力學的調變，也可以實現選擇性的高能面，然而晶體的生長過程對條件敏感，任何晶體生長條件的改變均可能導致產物形貌的改變，這導致實驗室的合成往往很難放大生產。

發明內容

針對上述問題，本發明提供暴露高指數{136}面的銳鈦礦氧化鈦多面體納/微米光催化劑的制備方法。

本發明的技術方案為：

暴露高指數{136}面的銳鈦礦氧化鈦多面體納/微米光催化劑的制備方法，包括如下步驟：