專利名稱：一種軟化學(xué)-水熱技術(shù)合成的金紅石相TiO₂納米線陣列及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米線陣列光催化劑及其制備方法，更具體的說是涉及一種采用軟化學(xué)-水熱技術(shù)合成金紅石相TiO2納米線陣列光催化劑的方法，屬于材料科學(xué)與催化科 學(xué)相交叉的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
利用光催化劑在光照射下分解有機物成為污染控制的重大研究課題之一，并取得 了一系列進展。但應(yīng)用最為廣泛的光催化劑TiO2多數(shù)是以粉末狀或薄膜態(tài)的形式存在的， 但粉末狀催化劑分離和回收困難，薄膜態(tài)TiO2光催化劑的比表面積低。因此，人們希望開 發(fā)結(jié)構(gòu)可控、比表面積大、易分離、高效的TiO2光催化劑。近年來，通過調(diào)控納米材料結(jié)構(gòu)，組裝納米線、納米管、納米棒等新穎的一維納米 材料成為研究的熱點。其中一維有序TiO2納米線陣列具有結(jié)構(gòu)可控、比表面積大、載流子 遷移效率高等優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在光催化領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。目前的TiO2納 米陣列的制備方法有在高純鈦片上制備TiO2納米管陣列的電化學(xué)氧化法，利用多孔陽極氧 化鋁(AAO)作為模板，結(jié)合溶膠-凝膠、電化學(xué)沉積、水解法，制備的一維有序TiO2納米線 或納米管陣列。但這些方法需要特殊的設(shè)備儀器，制備工藝較復(fù)雜。本專利給出了一種采 用軟化學(xué)_水熱法合成一維有序的金紅石相TiO2納米線陣列的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有光催化劑制備技術(shù)中的不足之處，目的是提供一種應(yīng)用工藝簡單、 比表面積大、催化活性高的新型TiO2納米線陣列光催化劑的合成方法。本發(fā)明提供了一種新型TiO2納米線陣列光催化劑，在光催化劑內(nèi)存在有序的納米 線陣列，結(jié)晶TiO2的晶相為金紅石結(jié)構(gòu)，納米線陣列的直徑在100 300nm左右。本發(fā)明的光催化劑外觀為灰白色薄膜，具有良好的光催化活性。本發(fā)明的具有光催化活性的TiO2納米線陣列的軟化學(xué)制備方法，具體的步驟如 下(1)將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離 子水清洗干凈。(2)按照化學(xué)計量比分別稱取一定量的鈦酸四丁酯和四氯化鈦，并將其分別溶于 一定量的甲苯溶液中；(3)將清洗干凈的載玻片放入不銹鋼材質(zhì)，白色聚四氟乙烯內(nèi)襯的密閉反應(yīng)釜中， 并加入一定量的鹽酸。(4)以玻璃棒引流，緩慢加入一定量的甲苯、鈦酸四丁酯和四氯化鈦溶液。(5)將反應(yīng)釜放入干燥箱內(nèi)進行熱處理，反應(yīng)溫度為130 180°C，反應(yīng)時間為 6 22h.
(6)在室溫中將反應(yīng)釜自然冷卻，倒掉溶液即可得到在載玻片上生成的TiO2納米 線陣列。本發(fā)明技術(shù)的有益效果是，新型TiO2納米線陣列光催化劑的制備工藝反應(yīng)溫度 低、工藝簡單易操作、無須高溫?zé)崽幚?，成本降低，所得光催化劑比表面積大、光催化活性 高。經(jīng)測試表征后發(fā)現(xiàn)，采用該法制備的TiO2納米線陣列光催化劑，結(jié)晶度高，比表面積大。 光催化實驗結(jié)果表明含有0. 15g光催化劑的50ml濃度為20mg/L的甲基橙在250W高壓汞 燈照射下的脫色率在Ih后接近100%，結(jié)果表明采用軟化學(xué)_水熱法制備的TiO2納米線陣 列光催化劑具有良好的光催化活性。


圖1 不同溫度下合成的TiO2納米線陣列的SEM照片(a) 180(b) 150°C,圖2 采用軟化學(xué)_水熱技術(shù)合成TiO2納米線陣列的XRD譜具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。實施例1 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分 別配置濃度為lmol/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢 加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為180°C的烘箱中，22h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。實施例2 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分 別配置濃度為lmon/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢 加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為180°C的烘箱中，14h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。實施例3 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分 別配置濃度為lmon/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢 加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為180°C的烘箱中，6h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。實例4 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分別配置濃度為lmon/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為150°C的烘箱中，22h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。實施例5 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分 別配置濃度為lmon/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢 加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為150°C的烘箱中，14h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。實施例6 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分 別配置濃度為lmon/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢 加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為150°C的烘箱中，6h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。實例7 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分 別配置濃度為lmon/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢 加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為130°C的烘箱中，22h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。實施例8 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分 別配置濃度為lmon/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢 加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為130°C的烘箱中，14h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。實施例9 將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子 水清洗干凈。將其放入內(nèi)部裝有聚四氟己烯內(nèi)襯的密封反應(yīng)釜中備用。以甲苯為溶劑，分 別配置濃度為lmon/L的鈦酸四丁酯溶液和lmon/L的四氯化鈦溶液。以玻璃棒引流，緩慢 加入一定量的濃鹽酸，甲苯、鈦酸四丁酯溶液和四氯化鈦溶液到反應(yīng)釜中，使其體積比為 1 10 1 1。再將反應(yīng)釜放置在溫度為130°C的烘箱中，6h后將其取出。待其冷卻后 將底部的載玻片取出，在載玻片上將會得到TiO2納米線陣。
本發(fā)明公開和揭示的含有金紅石相的新型TiO2納米線陣列光催化劑及其軟化 學(xué)-水熱制備方法可通過借鑒本文公開內(nèi)容，盡管本發(fā)明已通過較佳實施例進行了描述， 但是本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述內(nèi)容進行改 動，或增減某些條件，更具體的說，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說是 顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
一種采用軟化學(xué)-水熱技術(shù)合成金紅石相TiO2納米線陣列的方法，其特征是制備溫度低、應(yīng)用工藝簡單，制得樣品比表面積大。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采用軟化學(xué)-水熱技術(shù)合成金紅石相TiO2納米線陣列，其 特征是納米線的直徑在100-300nm左右。
3.如權(quán)利要求1所述的一種采用軟化學(xué)-水熱技術(shù)合成金紅石相TiO2納米線陣列，其 特征是TiO2的結(jié)構(gòu)為金紅石相。
4.如權(quán)利要求1所述的一種采用軟化學(xué)-水熱技術(shù)合成金紅石相TiO2納米線陣列，其 特征是光催化活性高，在Ih內(nèi)可將20mg/L甲基橙完全降解。
5.如權(quán)利要求1所述的一種TiO2納米線陣列的軟化學(xué)_水熱制備方法，步驟如下(1)將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子水 清洗干凈。(2)按照化學(xué)計量比分別稱取一定量的鈦酸四丁酯和四氯化鈦，并將其分別溶于一定 量的甲苯溶液中；(3)將清洗干凈的載玻片放入不銹鋼材質(zhì)，白色聚四氟乙烯內(nèi)襯的密閉反應(yīng)釜中，并加入一定量的鹽酸。(4)以玻璃棒引流，沿反應(yīng)釜內(nèi)壁緩慢加入一定量的鈦酸四丁酯和四氯化鈦溶液。(5)將反應(yīng)釜放入干燥箱內(nèi)進行熱處理，反應(yīng)溫度為130 180°C，反應(yīng)時間為6 22h。(6)在室溫中將反應(yīng)釜自然冷卻，倒掉溶液即可得到在載玻片上生成的TiO2納米線陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軟化學(xué)-水熱技術(shù)合成金紅石相TiO2納米線陣列的方法，特點是制備溫度低、應(yīng)用工藝簡單，所得光催化劑比表面積大、光催化活性高、含有以金紅石相為主體的TiO2納米線陣列。本發(fā)明將鹽酸、甲苯、四氯化鈦和鈦酸四丁酯按一定比例稱取，以甲苯為溶劑，分別配制一定濃度的四氯化鈦和鈦酸四丁酯溶液，具體步驟如下(1)將用乙醇溶液清洗過的載玻片，放入超聲波清洗儀中清洗數(shù)分鐘后，再用去離子水清洗干凈。(2)按照化學(xué)計量比分別稱取一定量的鈦酸四丁酯和四氯化鈦，并將其分別溶于一定量的甲苯溶液中；(3)將清洗干凈的載玻片放入不銹鋼材質(zhì)，白色聚四氟乙烯內(nèi)襯的密閉反應(yīng)釜中，并加入一定量的鹽酸。(4)以玻璃棒引流，緩慢加入一定量的甲苯、鈦酸四丁酯和四氯化鈦溶液。(5)將反應(yīng)釜放入干燥箱內(nèi)進行熱處理，反應(yīng)溫度為130～180℃，反應(yīng)時間為6～22h.(6)在室溫中將反應(yīng)釜自然冷卻，將載玻片取出干燥。即可得到TiO2納米線陣列。
文檔編號C01G23/053GK101863509SQ200910135050
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者劉靜, 張憲華, 戈磊 申請人:中國石油大學(xué)(北京)