一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于功能材料中二氧化鈦光催化材料領域，具體涉及一種納米棒二氧化鈦 粉末的制備方法。
【背景技術】
[0002] 進入21世紀，人類面臨著能源缺乏和環(huán)境污染兩個非常嚴峻的問題，開發(fā)清潔的 可再生能源已迫在眉睫。氫能具有高燃燒值、燃燒產(chǎn)物無環(huán)境污染等優(yōu)點。因此，利用太陽 能通過光催化分解水制氫已經(jīng)成為一種開發(fā)氫能的新途徑，受到相關領域研究者的高度關 注。
[0003] 經(jīng)過30多年的研究，到目前為止開發(fā)出了多個可見光響應的催化劑體系，1102以 其優(yōu)越的光催化性能、耐化學、光化學腐蝕、成本低、無毒等特點成為光催化領域中的明星 材料。然而TiO 2禁帶寬度大于3. OeV，僅能吸收占整個太陽光譜不到5%的紫外光，太陽能 利用率低，量子產(chǎn)率低，限制了其實際應用。因此制備窄帶隙的TiO 2成為從根本上提高光 催化性能的有效手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有制備二氧化鈦光催化劑的方法復雜，光催化劑的催 化性能較弱的問題，而提供一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法。
[0005] 本發(fā)明含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法按下列步驟實現(xiàn)：
[0006] -、將1182粉末加入到反應容器中，向反應容器中加入濃度為0. 2?0. 8mol/L的 鹽酸溶液，磁力攪拌均勻，得到反應渾濁液；
[0007] 二、將步驟一得到的反應渾濁液轉移到聚四氟乙烯的反應釜中，密封后將反應釜 放入恒溫箱中以160?200°C的溫度進行水熱反應，得到水熱后的反應液；
[0008] 三、對水熱后的反應液離心分離，收集的固相物先經(jīng)去離子水洗滌3?5次，再使 用無水乙醇洗滌3?5次，干燥后得到含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑。
[0009] 本發(fā)明水熱法制備十字架狀二氧化鈦光催化劑，是以水溶液作為反應體系，通過 對反應體系加熱、加壓（或自生成蒸汽壓），創(chuàng)造一個相對高溫、高壓的反應環(huán)境，使得通常 難溶或不溶的物質(zhì)溶解并且重結晶來制備光催化劑，加溫加壓下水溶液特殊的粘度、介電 常數(shù)、溶解度環(huán)境，有利于制得純度較高且形貌均一穩(wěn)定的二氧化鈦光催化劑材料。
[0010] 本發(fā)明含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法包含以下有益效果：
[0011] 1、與傳統(tǒng)氯化法、鈦醇鹽溶膠-凝膠法相比，本發(fā)明成本低、污染小，僅用一步水 熱就能制備得到二氧化鈦光催化劑，無需預處理，制備工藝簡單；
[0012] 2、該一步水熱法制備二氧化鈦光催化劑材料拓寬了二氧化鈦形貌，改變合成方 法，提高二氧化鈦光催化劑的催化效率，一小時的光催化產(chǎn)氫量能到到6 μ mol/g。
【附圖說明】
[0013] 圖1為實施例1得到的含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的SEM圖；
[0014] 圖2為實施例1得到的含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的XRD圖譜；
[0015] 圖3為實施例1得到的含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的EDS能譜；
[0016] 圖4為實施例2得到的含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的SEM圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0017] 一：本實施方式含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法按下列 步驟實施：
[0018] 一、將TiB$v末加入到反應容器中，向反應容器中加入濃度為0· 2?0· 8mol/L的 鹽酸溶液，磁力攪拌均勻，得到反應渾濁液；
[0019] 二、將步驟一得到的反應渾濁液轉移到聚四氟乙烯的反應釜中，密封后將反應釜 放入恒溫箱中以160?200°C的溫度進行水熱反應，得到水熱后的反應液；
[0020] 三、對水熱后的反應液離心分離，收集的固相物先經(jīng)去離子水洗滌3?5次，再使 用無水乙醇洗滌3?5次，干燥后得到含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑。
[0021] 本實施方式使用鈦源為TiB2，采用一步水熱法合成二氧化鈦光催化劑，無需進行 預處理。步驟一通過調(diào)節(jié)反應中鹽酸的濃度，獲得不同均一穩(wěn)定形貌的二氧化鈦粉末。HCl 濃度越低時，生成的1102晶體越細。當HCl濃度為4mol/L時，生成的光催化劑呈臺狀，晶 體比較粗，并且很短。當HCl濃度下降到2mol/L時，生成的樣品已經(jīng)由臺狀變成了柱體，晶 體依然較粗。HCl濃度為lmol/L時，呈現(xiàn)了比較規(guī)則的棱柱體，已經(jīng)出現(xiàn)了比較細的晶體。 HCl濃度為0. lmol/L時，絕大部分晶體都呈現(xiàn)比較細的柱狀，形貌基本均一。
[0022] 本實施方式一步水熱法制備得到的二氧化鈦相比于其他二氧化鈦，此二氧化鈦的 Ti-O鍵長度增長。Ti-O鍵增長并結合周圍的間隙硼原子，使得Ti-O鍵的強度被削弱，使得 氮元素也更容易進入二氧化鈦中。導致了電子密度的下降，置換能量降低，有利于光生電子 空穴的分離。這種現(xiàn)象，主要是由于置換能降低所導致的協(xié)同效應，以及由于存在預摻雜的 間隙硼原子所導致的化學穩(wěn)定性的改善。
[0023] 本實施方式制備得到的二氧化鈦光催化劑材料的粉體顆粒均勻、結晶度好、純度 高，產(chǎn)品均一穩(wěn)定，微觀形貌為十字架狀。
【具體實施方式】 [0024] 二：本實施方式與一不同的是步驟一中1182粉末的粒 徑為100?300nm。其它步驟及參數(shù)與一相同。
【具體實施方式】 [0025] 三：本實施方式與一或二不同的是步驟一中向反應容 器中加入濃度為〇. 3?0. 7mol/L的鹽酸溶液。其它步驟及參數(shù)與一或二相 同。
[0026]
【具體實施方式】四：本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是步驟二密封后 將反應釜放入恒溫箱中以175?185°C的溫度進行水熱反應。其它步驟及參數(shù)與具體實施 方式一至三之一相同。
【具體實施方式】 [0027] 五：本實施方式與四不同的是步驟二密封后將反應釜 放入恒溫箱中以180°C的溫度進行水熱反應。其它步驟及參數(shù)與四相同。
【具體實施方式】 [0028] 六：本實施方式與一至五之一不同的是步驟二水熱反 應的時間為24?48h。其它步驟及參數(shù)與一至五之一相同。
【具體實施方式】 [0029] 七：本實施方式與一至六之一不同的是步驟三對水熱 后的反應液離心分離，其中離心的轉速為l〇〇〇〇r/min。其它步驟及參數(shù)與一 至六之一相同。
【具體實施方式】 [0030] 八：本實施方式與一至七之一不同的是步驟三所述的 干燥是在40?60°C的干燥箱中進行的。其它步驟及參數(shù)與一至七之一相同。
[0031] 實施例1 :本實施例含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法按下列步驟實 施：
[0032] -、將0,1lOOg TiB2粉末加入到燒杯中，向燒杯中加入12mL濃度為0. 71mol/L的 鹽酸溶液，磁力攪拌均勻，得到反應渾濁液；
[0033] 二、將步驟一得到的反應渾濁液轉移到聚四氟乙烯的反應釜中，填充度控制在 80%，密封后將反應釜放入恒溫箱中以180°C的溫度進行水熱反應24h，待反應釜自然冷卻 后得到水熱后的反應液；
[0034] 三、對水熱后的反應液離心分離，收集的固相物先經(jīng)去離子水洗滌3次，再使用無 水乙醇洗滌3次，在50°C的烘箱中干燥得到含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑。
[0035] 本實施例制備得到的含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑材料光催化產(chǎn)氫性能如下 表，其中光源為300w氙燈。
【主權項】
1. 一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在于是按下列步驟實現(xiàn)： 一、 將1182粉末加入到反應容器中，向反應容器中加入濃度為0. 2?0. 8mol/L的鹽酸 溶液，磁力攪拌均勻，得到反應渾濁液； 二、 將步驟一得到的反應渾濁液轉移到聚四氟乙烯的反應釜中，密封后將反應釜放入 恒溫箱中以160?200°C的溫度進行水熱反應，得到水熱后的反應液； 三、 對水熱后的反應液離心分離，收集的固相物先經(jīng)去離子水洗滌3?5次，再使用無 水乙醇洗滌3?5次，干燥后得到含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在 于步驟一中TiB2粉末的粒徑為100?300nm。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在 于步驟一向反應容器中加入濃度為0. 3?0. 7mol/L的鹽酸溶液。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在 于步驟二密封后將反應釜放入恒溫箱中以175?185°C的溫度進行水熱反應。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在 于步驟二密封后將反應釜放入恒溫箱中以180°C的溫度進行水熱反應。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在 于步驟二水熱反應的時間為24?48h。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在 于步驟三對水熱后的反應液離心分離，其中離心的轉速為l〇〇〇〇r/min。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，其特征在 于步驟三所述的干燥是在40?60°C的干燥箱中進行的。
【專利摘要】一種含硼十字架狀二氧化鈦光催化劑的制備方法，本發(fā)明涉及一種光催化劑材料的制備方法，它為了解決現(xiàn)有制備二氧化鈦光催化劑的方法復雜，得到的二氧化鈦光催化劑的催化性能較弱的問題。制備方法：一、將TiB2粉末加入到濃度為0.2～0.8mol/L的鹽酸溶液，攪拌均勻，得到反應渾濁液；二、將反應渾濁液轉移到反應釜中進行水熱反應；三、分離收集的固相物經(jīng)洗滌、干燥后得到二氧化鈦光催化劑。本發(fā)明的工藝方法簡單、操作便捷。通過調(diào)節(jié)反應中鹽酸的濃度來控制二氧化鈦的形貌為十字架狀，所制備的光催化劑材料粉體顆粒均勻、結晶度好、純度高，光催化性能良好。
【IPC分類】B01J21-06, C01B3-04
【公開號】CN104607165
【申請?zhí)枴緾N201510069671
【發(fā)明人】于耀光, 張相彬, 陳剛, 敖冬飛, 馬天曄, 賈政剛
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月10日