[發明專利]一種利用簡單球磨技術制備黑色氧化鈦納米片的方法

在審

• 申請號: 202210019039.2
• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114477278A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張偉偉;涂鳳龍;丁建旭;孫海清
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y40/00;B01J21/06
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 王曉鳳

本發明提供了一種利用簡單球磨技術制備黑色氧化鈦納米片的方法，該方法依次包括含氟氧化鈦前驅體溶液的配制、水熱法制備片狀氧化鈦粉體、利用球磨技術獲得高缺陷黑色氧化鈦納米片等步驟。本發明所制得的氧化鈦晶型結構為金紅石相。所制備的黑色氧化鈦納米片在可見光區和紫外光區均有較高的光能利用率，片狀結構提供了高比表面，同時暴露的高活性面有利于提高氧化鈦的光電活性，有望拓展氧化鈦光電半導體的應用效率。

技術領域

本發明屬于光催化材料技術領域，具體涉及一種利用簡單球磨技術制備黑色氧化鈦納米片的方法。

背景技術

光電性能是納米半導體的獨特性能之一，在光催化、光伏、光電保護等領域應用前景廣闊。目前，寬禁帶的n型半導體如氧化鈦、氧化鋅、硫化鎘、硫化鉬等被廣泛的研究。其中二氧化鈦因其生產成本低、無毒性、光照后不發生光腐蝕、化學穩定好活性高而備受研究者們的重視。但是二氧化鈦的禁帶寬度為3.2eV，只能利用吸收自然光源中的紫外光部分。另一方面氧化鈦光生電子空穴的復合導致量子產率低反應速率慢，限制了它的應用與發展。

已有大量實驗室研究通過摻雜和結構調控等手段，使半導體能級移動，光激發位置趨近表面、電荷分離空間變小、表面積增大等，以此來提高二氧化鈦的量子產率和光電化學性能。

實驗和理論共同表明氧化鈦中{001}晶面比{101}晶面具有更高的光電化學活性。與熱力學穩定的{101}面相比，{001}晶面對反應物分子具有更加高效的解離吸附，這主要歸因于{001}面所暴露的原子中與之配位的原子數較低，5配位的Ti原子與不飽和配位O原子的存在，而且Ti-O-Ti之間的鍵角較大，使{001}晶面上具有更多的反應活性位點。對于應用最廣泛的銳鈦礦型氧化鈦的{001}、{100}和{101}晶面的平均表面能分別為0.90J/m²、0.53J/m²和0.44J/m²。

氧化鈦單晶主要由高熱力學穩定面{101}面構成，表面能更高的{001}面和{100}面隨著氧化鈦晶體的生長，晶面占比非常小。因此，通過氟離子添加劑的方法，制備高純度，具有大量高活性面{001}或{100}面的暴露的片狀銳鈦礦相氧化鈦，在氧化鈦合成制備方面被廣泛研究，其在光電效率的提高方面也獲得許多理論支持和實驗驗證。

窄帶隙的黑色氧化鈦納米材料因其寬的光譜吸收范圍而展現了良好的光電活性。目前有大量研究用于黑色氧化鈦的合成，在氧化鈦晶格中形成三價鈦或氧離子空位，形成無序的晶體和非晶層結構，同時氧化鈦的顏色也發生相應改變。

中國專利CN2018111821255公布了一種高畸變結構黑色納米氧化鈦的制備方法，該技術采用氧化鈦粉體為原料，利用旋轉球磨高壓管式爐，高速球磨的同時利用惰性氣體加熱氧化鈦，獲得高畸變結構黑色納米氧化鈦。

中國專利CN2013101536488公布了一種利用雙溫區還原法制備黑色氧化鈦的方法，該技術將氧化鈦粉末和高活性金屬分別至于雙溫區的負壓密閉系統中熱處理，獲得黑色氧化鈦粉末。

中國專利CN202110271040X公布了一種高含量氧空位缺陷的黑色二氧化鈦B納米片的制備方法，該技術利用水熱技術獲得白色氧化鈦B納米片，然后通過表面吸附的乙二醇分子的在熱分解得到高含量氧空位缺陷。

中國專利CN2020103016986公布了一種利用氫化鈦原料粉末氧化干燥并于氬氣氣氛中高溫煅燒獲得黑色二氧化鈦的方法。

上述技術均采用還原性物質或惰性氣氛加熱氧化鈦，在熱處理過程中實現氧化鈦還原，獲得氧空位缺陷的黑色氧化鈦納米粒子。

中國專利CN2020104836836公布了一種黑色二氧化鈦的制備方法，該技術利用鈦醇鹽和鈦粉混合水熱，制備黑色氧化鈦粉體。該技術以鈦粉還原二氧化鈦，但同時鈦粉本身在水熱過程中的氧化程度使產物的純度受限。