專利名稱：：一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光催化劑的制備方法，具體為一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，屬于光催化劑領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：近年來，利用半導(dǎo)體光催化制備新能源和處理環(huán)境污染已引起世界廣泛關(guān)注。Ti02以其無毒、催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)廉易得及可直接利用太陽光等優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視，并成為典型的光催化劑。二氧化鈦的光催化性能主要取決于晶相、結(jié)晶度、比表面、結(jié)構(gòu)以及暴露的晶面。到目前為止，對(duì)于晶相、結(jié)晶度和比表面對(duì)二氧化鈦光催化性能的影響已有較深入的研究。理論計(jì)算顯示，銳鈦礦二氧化鈦晶體各晶面的平均表面能的高低順利為:0.90Jm-2{001}>0.53Jm_2{100}>0.44Jm_2{101}。因此，在銳鈦礦二氧化鈦晶體中，{001}高能晶面的反應(yīng)活性要高于{101}晶面，但是目前合成的二氧化鈦主要還是以低能量的{001}晶面暴露為主，而關(guān)于{001}高能晶面暴露二氧化鈦的相關(guān)報(bào)道還較少。2008年，YangHuagui課題組通過水熱法合成了{(lán)001}面暴露率為47%的單晶銳鈦礦二氧化鈦；隨后也有人報(bào)道了{(lán)001}面暴露率達(dá)到89%的片狀單晶二氧化鈦。然而已有報(bào)道均是在水熱條件下利用氫氟酸作為形貌控制劑來合成{001}面暴露的單晶二氧化鈦，且合成的樣品形貌單一、尺寸不可調(diào)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且暴露率均不到90%。采用溶劑熱方法，通過高溫高壓環(huán)境，促使特殊的{001}面暴露微米層狀二氧化鈦的形成，經(jīng)過離心處理，即可得到{001}面暴露率大于90%微米層狀銳鈦礦二氧化鈦。這種{001}面暴露微米層狀銳鈦礦二氧化鈦在有機(jī)合成、環(huán)境治理、染料敏化太陽能電池、光電材料等方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提供一種簡(jiǎn)便快捷、可控性強(qiáng)的制備{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的新方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)?！N{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，具體步驟如下1)常溫下，將O.1-1.5g的四氟化鈦加入到40-200ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液；2)將透明的溶液轉(zhuǎn)移到50-500ml聚四氟乙烯水熱釜中，在140-20(TC保持6_72h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。所述的四氟化鈦和苯甲醇的混合溶液的填充量為整個(gè)釜體積的80%。所述的四氟化鈦與苯甲醇的比例在i:500到i:200(是指四氟化鈦的質(zhì)量(克)除以苯甲醇的體積(毫升)，單位為g/ml)。步驟2)中，優(yōu)選的自然冷卻時(shí)間為24h。本發(fā)明通過簡(jiǎn)單的溶劑熱方法，通過改變?cè)弦航M分、溶劑熱時(shí)間及溫度可制備{001}面暴露率大于90%微米層狀銳鈦礦二氧化鈦光催化劑。具體的工藝按下列步驟進(jìn)行首先，在常溫配置原料液。然后將原料液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯釜(溶液占釜體積80%)中，控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，可得到白色沉淀。沉淀經(jīng)離心分離后得到{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑。所制備光催化劑在甲苯選擇性光催化氧化制備苯甲醛的反應(yīng)中顯示出高于普通商業(yè)Ti02(Degussa，P-25)的催化活性。圖1為本發(fā)明實(shí)施例2的x-射線晶體衍射圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的掃描電子顯微鏡圖(a)和透射電子顯微鏡圖(b)。圖3為本發(fā)明不同反應(yīng)時(shí)間所制備微米層狀二氧化鈦的掃描電子顯微鏡圖(a)實(shí)施例1，(b)實(shí)施例2，(c)實(shí)施例3。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)。實(shí)施例l常溫下，將0.10g的四氟化鈦加入到40ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯釜中，在16(TC保持12h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實(shí)施例2常溫下，將0.10g的四氟化鈦加入到40ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯水熱釜中，在16(TC保持24h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實(shí)施例3常溫下，將0.10g的四氟化鈦加入到40ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯水熱釜中，在20(TC保持72h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實(shí)施例4常溫下，將0.10g的四氟化鈦加入到40ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到50ml聚四氟乙烯水熱釜中，在14(TC保持24h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實(shí)施例5常溫下，將0.20g的四氟化鈦加入到80ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到100ml聚四氟乙烯水熱釜中，在20(TC保持24h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實(shí)施例6常溫下，將1.5g的四氟化鈦加入到400ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到500ml聚四氟乙烯水熱釜中，在18(TC保持24h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實(shí)施例7常溫下，將O.60g的四氟化鈦加入到120ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到150ml聚四氟乙烯水熱釜中，在16(TC保持48h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實(shí)施例8常溫下，將O.45g的四氟化鈦加入到200ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到250ml聚四氟乙烯水熱釜中，在20(TC保持72h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。實(shí)施例9常溫下，將0.13g的四氟化鈦加入到40mL苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液，然后將溶液轉(zhuǎn)移到50mL聚四氟乙烯水熱釜中，在18(TC保持6h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。上述實(shí)施例所得產(chǎn)品的x-射線晶體衍射圖如圖l所示，說明制備的{001}面暴露的微米層狀二氧化鈦具有很好的結(jié)晶度，其晶相為純銳鈦礦相，不含有金紅石和板鈦礦相。所得產(chǎn)品的掃描電子顯微鏡圖如圖2所示，說明制備的二氧化鈦是由規(guī)整的微米片層組裝而成的類似于花球狀的結(jié)構(gòu)；透射電子顯微鏡圖說明對(duì)于單個(gè)微米片層來說其暴露的晶面為具有高反應(yīng)活性的{001}面，其晶格指紋大小為O.189nm，(200)和(020)方向的夾角為90度。圖3為相同溫度下不同時(shí)間合成的催化劑的形貌，說明隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)片層之間開始存在間隙，同時(shí)時(shí)間過長(zhǎng)或不足時(shí)均不能形成規(guī)整的微米片層，只有在24h時(shí)形成的片層較為規(guī)整。表1為不同反應(yīng)時(shí)間和溫度制得微米層狀銳鈦礦二氧化鈦光催化劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)施例比表面積(m2/g){001}面暴露率％1149021695313914239251493615897138681790914885光催化氧化甲苯制苯甲醛反應(yīng)在2(TC下，以六盞6W波長(zhǎng)為310nm的紫外燈為光源，在150mL石英反應(yīng)器中加10mL蒸餾水、10uL甲苯和O.10g催化劑，光源與石英管的距離為8cm，攪拌速度為1000rpm。開燈光照反應(yīng)2h后取樣用氣相色譜分析反應(yīng)原料和產(chǎn)物。反應(yīng)數(shù)據(jù)列于表2。表2為實(shí)施例2和商業(yè)Ti02(Degussa，P-25)的光催化氧化甲苯制苯甲醛活性。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述結(jié)果表明實(shí)施例2的活性是商業(yè)Ti02的3倍。權(quán)利要求一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟如下1)常溫下，將0.1-1.5g的四氟化鈦加入到40-200ml苯甲醇中，劇烈攪拌至四氯化鈦完全溶解形成透明的溶液；2)將透明的溶液轉(zhuǎn)移到50-500ml聚四氟乙烯水熱釜中，在140-200℃保持6-72h后自然冷卻至室溫，離心后即制得微米片層狀銳鈦礦單晶二氧化鈦。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于所述的四氟化鈦和苯甲醇的混合溶液的填充量為整個(gè)釜體積的80%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于所述的四氟化鈦與苯甲醇的比例在i:500到i:200。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于步驟2)中，自然冷卻時(shí)間為24h。全文摘要本發(fā)明公開了一種光催化劑的制備方法，具體為一種{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，屬于光催化劑領(lǐng)域。通過簡(jiǎn)單的溶劑熱方法，通過改變?cè)弦航M分、溶劑熱時(shí)間及溫度可制備{001}面暴露率大于90％微米層狀銳鈦礦二氧化鈦光催化劑。具體的工藝按下列步驟進(jìn)行首先，在常溫配置原料液。然后將原料液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯釜(溶液占釜體積80％)中，控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，可得到白色沉淀。沉淀經(jīng)離心分離后得到{001}面暴露微米層狀二氧化鈦光催化劑。所制備光催化劑在甲苯選擇性光催化氧化制備苯甲醛的反應(yīng)中顯示出高于普通商業(yè)TiO2(Degussa，P-25)的催化活性。文檔編號(hào)C07C47/54GK101791545SQ20101011645公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2010年3月2日優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日發(fā)明者卞振鋒,曹鋒雷,朱建,李和興,王金果申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)