專利名稱：一種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種ニ氧化鈦納米片的制備方法，具體為ー種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成エ藝。
背景技術：
TiO2是ー種重要的半導體光催化劑，TiO2因為其綠色無毒、催化活性高、化學穩定性好、價廉易得等受到青睞，成為典型的光催化劑。ニ氧化鈦的光催化性能主要取決于晶相、結晶度、比表面、結構以及暴露的晶面。研究表明，銳鈦礦ニ氧化鈦晶體各晶面的平均表面能為0. 90J · πΓ2{001}>0· 53J · πΓ2{100}>0· 44J · πΓ2{101}。因此，在銳鈦礦ニ氧化鈦晶 體中，{001}高能晶面的反應活性要高于{101}晶面，但是目前合成的ニ氧化鈦主要還是以高能量的1001}晶面暴露為主。于此同時由于銳鈦礦相的TiO2帶隙較寬( 3. 2eV)，光吸收波長主要局限在紫外區域，對太陽光的利用率較低(大約為5%);電子空穴復合率比較高，量子效率較低，這些都限制了納米TiO2材料在光催化中的應用。因此，如何解決這些問題以提高TiO2的可見光催化活性成為ー個研究的熱點。目前，國內外研究者通過改變納米結構的形貌、尺寸；貴金屬沉積；半導體復合；金屬摻雜；非金屬摻雜和共摻雜等各種方法來增強TiO2光催化劑可見光吸收和提高TiO2光催化效率。
發明內容
本發明的目的是提供ー種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片制備方法。以解決現有技術的上述問題。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現。—種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成エ藝，包括如下步驟( I)將鈦的前驅體一起溶于溶劑A中得到溶液B ；(2 )將溶液B在40 ° C下陳化2d ；(3)將陳化后得到的產物通過超臨界萃取技術處理，得到{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片。步驟(I)中的鈦的前驅體為鈦酸丁酯和四氟化鈦，且摩爾比為I : (O. 75 4)。步驟(I)中的溶劑A為硝酸水溶液和こ醇的混合溶液，且體積比為I. 25 25。步驟(I)中的硝酸水溶液為硝酸與水的體積比為I : 5。步驟(I)中溶液B中Ti元素與溶劑A的摩爾體積比(I. 75 5) 26.25。步驟(3)中超臨界萃取技術處理為陳化溫度優選230 290° C，陳化時間優選O. 5 8h0本發明采用超臨界流體萃取方法，膠體經過臨界高溫高壓處理，便可快速形成{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片。先配制前驅溶液，接著通過室溫陳化形成凝膠，然后通過調控超臨界條件下陳化溫度和陳化時間后，即可得到{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片。這種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片在環境治理、光解水產氫、染料敏化太陽能電池、光電材料等方面有著潛在的應用價值。本發明的優點是I、本發明提供了一種全新的合成{0 01}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片制備方法。制備過程簡便、反應條件可控性強、合成時間短且合成過程中不需要引入其它復合半導體或摻雜有可見光響應的元素，反應后無需再處理。2、所合成{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片粒子均勻，納米片大小可調，在50-200nm，及厚度范圍可調，在10_20nm之間。所制得的催化劑具有很好的結晶度，且具有明顯的單晶衍射。
圖I為實施例I中{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片形貌的FESEM圖譜；圖2為實施例I中{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的TEM圖； 圖3為實施例I中樣品的XRD圖；圖4為實施例I中樣品的UV-vis DRS圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進ー步詳細、完整地說明實施例I將摩爾比為I '2的鈦酸丁酯和四氟化鈦一起溶于I. 25mL20%硝酸水溶液和25mLこ醇的混合溶液中得到溶液A，Ti元素與溶液的摩爾體積比3 26. 25，將A溶液在40° C下陳化2d形成凝膠，然后再放入裝有250mLこ醇的超臨界反應釜中，在260° C下陳化2h萃取，最后等萃取降溫后直接收取樣品。附圖I給出了本案例所得的{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片形貌的FESEM圖譜，從圖中可以看出樣品是單晶納米片。附圖2給出了本案例所得的{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的TEM圖，大小在200nm左右，厚度為IOnm左右，樣品的電子衍射表明為單晶結構。附圖3給出了本案例所得的樣品的XRD圖，表明樣品具有很好的結晶度。附圖4給出了本案例所得樣品的UV-vis圖，表明樣品具有可見光響應。實施例2重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在270° C下陳化2h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片變大變薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例3重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在280° C下陳化2h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片變的相對更大更薄。.樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例4重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在230° C下陳化2h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片較小，也很厚。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例5重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在260° C下陳化O. 5h萃取，結果和實施例I類似，但是沒有形成規則的納米片。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例6重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在260° C下陳化4h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片變大變薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例7重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在260° C下陳化8h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片變的更大更薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例8重復實施例I的操作步驟，不同之處在于鈦酸丁酯和四氟化鈦的摩爾比為I O. 75，結果和實施例I類似，但是納米片很小，類似于小顆粒。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例9重復實施例I的操作步驟，不同之處在于鈦酸丁酯和四氟化鈦的摩爾比為I : 4，結果和實施例I類似，但是納米片變的相對較大較薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。以上所述僅為本發明的優選實施例，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人 員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包括在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，其特征在于包括如下步驟 (1)將鈦的前驅體一起溶于溶劑A中得到溶液B; (2)將溶液B在40°C下陳化2d ； (3)將陳化后得到的產物通過超臨界萃取技術處理，得到{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片。
2.根據權利要求I所述的{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，其特征在于步驟(I)中的鈦的前驅體為鈦酸丁酯和四氟化鈦，且摩爾比為I :(O. 75 4)。
3.根據權利要求I所述的{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，其特征在于步驟(I)中的溶劑A為硝酸水溶液和乙醇的混合溶液，且體積比為I.25 25。
4.根據權利要求I所述的{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，其特征在于步驟(I)中的硝酸水溶液為硝酸與水的體積比為I : 5。
5.根據權利要求I所述的{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，其特征在于步驟(I)中溶液B中Ti元素與溶劑A的摩爾體積比(I. 75 5) 26. 25。
6.根據權利要求I所述的{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，其特征在于步驟(3)中超臨界萃取技術處理為陳化溫度優選230 290° C，陳化時間優選O. 5 8h。
全文摘要
本發明公開了一種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，包括如下步驟(1)將鈦的前驅體一起溶于溶劑A中得到溶液B；(2)將溶液B在40°C下陳化2d；(3)將陳化后得到的產物通過超臨界萃取技術處理，得到{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片。本發明的優點是1、制備過程簡便、反應條件可控性強、合成時間短且合成過程中不需要引入其它復合半導體或摻雜有可見光響應的元素，反應后無需再處理。2、所制得的催化劑具有很好的結晶度，且具有明顯的單晶衍射。在環境治理、光解水產氫、染料敏化太陽能電池、光電材料等方面有著潛在的應用價值。
文檔編號C01G23/053GK102659178SQ20121014752
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者張蝶青, 張鵬, 李和興, 李貴生 申請人:上海師范大學