[發明專利]一種基于冷凝回流法制備超薄TiO2

在審

• 申請號: 202310315087.0
• 申請日: 2023-03-28
• 公開（公告）號: CN116553607A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 萬海勤;尹晨旭;董林;張立新;仝慶;仲林俊;詹宇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06;B01J35/10;C07C29/153;C07C31/04;C07C31/08
• 代理公司: 南京智轉慧移知識產權代理有限公司 32649
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種基于冷凝回流法制備超薄TiOsubgt;2/subgt;納米片的方法及其應用，屬于催化材料制備技術領域。該制備方法包括將鈦的前驅體加入到乙二醇中，于三頸燒瓶中充分攪拌后得到鈦的乙二醇溶液；在持續攪拌狀態下，將水引入到鈦的乙二醇溶液中，再將溶液在220?250℃下反應；將反應后得到的白色懸濁液多次洗滌離心，得到白色沉淀；將得到的白色沉淀真空干燥，冷卻至室溫后研磨，即得到超薄的二氧化鈦納米片。本發明通過冷凝回流法得到超薄納米片材料，制備工藝過程簡單安全，成本低廉，廢副產品產量少；所制備的超薄TiOsubgt;2/subgt;納米片實用性強，在光催化還原COsubgt;2/subgt;為液體燃料方面具有潛在的應用前景。

技術領域

本發明屬于催化材料制備技術領域，具體涉及一種基于冷凝回流法制備超薄TiO₂納米片的方法及其應用。

背景技術

目前研究中，將CO₂綠色資源化為高附加值的化學品的途徑主要有光催化、電催化、光熱協同催化等。通過開發利用太陽能燃料，將CO₂光還原為高能量化合物(如甲醇、乙醇，甚至高碳化合物)，實現以化學形式儲存太陽能。CO₂分子為直線型構型，化學性質十分穩定，這意味著將CO₂光還原是一個非常難發生的反應。此外，其還原產物眾多、并伴隨著水還原為氫氣的副反應發生。因此，需要通過開發合適的光催化劑來降低光催化CO₂還原反應的活化能，實現對優選產物的選擇性控制。

TiO₂由于物化性質穩定、無毒無污染、成本低等優點被廣泛應用于光催化領域。TiO₂主要有四種晶相：銳鈦礦相、板鈦礦相、金紅石相、TiO₂(B)相。前三種已被廣泛研究，而TiO₂(B)由于是一種亞穩態結構，存在溫度過高易相變等問題，這限制了其應用。選擇反應條件相對溫和的光催化CO₂還原作為探針反應，合成TiO₂(B)相作為光催化劑進行探究，具有很好的應用前景。

常見的TiO₂納米片受限于厚度較厚、比表面積較小等問題，許多研究為了提高催化劑的活性，多從摻雜其他元素、與其他半導體復合構建異質結等角度去提高活性。而通過調節催化劑合成環境，制備高比面積的超薄納米片不僅能夠提供更多的活性位點，同時能有效地增強光吸收能力，降低光生電子空穴對的復合率，提高導帶的還原能力。然而，到目前為止沒有采用在常壓開放體系中合成超薄的TiO₂(B)相的納米片的制備及光催化CO₂還原應用的報道。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于冷凝回流法制備超薄TiO₂納米片的方法，制備工藝綠色簡單，成本低廉，無廢副產品產生。本發明要解決的另一種技術問題在于提供一種基于冷凝回流法制備超薄TiO₂納米片材料，該材料實用性強、環境穩定性高。本發明要解決的還有一個技術問題在于提供一種基于冷凝回流法制備超薄TiO₂納米片材料在光催化還原CO₂中的應用，該納米片材料在光催化領域中具有光生載流子產生和傳輸效率高、還原能力強等優點，在實現閉環固碳方面有潛在的應用前景。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種基于冷凝回流法制備超薄TiO₂納米片的方法，包括以下步驟：將四氯化鈦與乙二醇混合，充分攪拌后得到鈦的乙二醇溶液；在持續攪拌狀態下，將水加入到鈦的乙二醇溶液中，接入冷凝回流裝置，油浴條件下冷凝回流反應4～8h；所得產物用去離子水和無水乙醇清洗后，真空干燥，冷卻至室溫后研磨，獲得超薄TiO₂納米片。

作為優選，所述的基于冷凝回流法制備超薄TiO₂納米片的方法，四氯化鈦與乙二醇的體積比為1：10～30；四氯化鈦與水的體積比為1：1～5。