納米材料的制備方法及其制得的產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在太陽光下具有高光催化活性的銳鈦礦T i02納米材料的制備方法及其制得的產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，能源耗竭和環(huán)境污染等問題越來越突出，尤其是水資源及其污染問題日益嚴(yán)峻，嚴(yán)重威脅著人類的健康生存，從而引起世界各國的高度重視，并投入了大量的財(cái)力和物力來治理水污染問題。隨著科技水平的發(fā)展，光催化技術(shù)為解決水污染問題提供了一條綠色途徑，納米光催化劑在光催化領(lǐng)域顯示出巨大潛力和長久的生命力。
[0003]亞穩(wěn)相材料是指熱力學(xué)上處于亞穩(wěn)狀態(tài)的一類材料，是呈介穩(wěn)性的聚集體，由于存在能量勢皇，一般情況下能穩(wěn)定存在，并且通常而言具有較高的催化活性，因此亞穩(wěn)相光催化材料成為研究熱點(diǎn)之一。研究表明，47 %高活性面(001)暴露的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12微米尺寸單晶，在紫外光照射下具有尚于P25的光催化活性，因此有關(guān)亞穩(wěn)相銳欽礦TiC>2的制備及其光催化性能引起了人們的關(guān)注和研究。然而，銳鈦礦T12是寬禁帶半導(dǎo)體(Eg =
3.2eV)，只能響應(yīng)波長小于387nm的光子，所以只能利用太陽光中3?4%的紫外線，這限制了銳鈦礦T12作為高效光催化劑的大規(guī)模應(yīng)用。為了能夠利用太陽光中45%的可見光，如何使銳鈦礦T12在可見光下具有高效光催化活性也成為光催化研究方向的熱點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)研究表明，通過摻雜可以抑制載流子復(fù)合以提高量子效率，并擴(kuò)大光波的響應(yīng)范圍，并且光催化劑的表面晶相結(jié)構(gòu)對光催化性能有很大的影響。但目前現(xiàn)有技術(shù)的制備方法需要特殊的裝置，并需要在表面活性劑或模板的條件下進(jìn)行，從而極大地限制了銳鈦礦T12光催化的研究、應(yīng)用和發(fā)展。因此，高活性暴露面的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12光催化劑材料的簡單制備仍然是科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，探索一種簡單的方法來制備亞穩(wěn)相銳鈦礦T12光催化劑材料具有重要的研究價(jià)值和意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高光催化活性銳鈦礦T12納米材料的制備方法，通過引入Mg、采用工藝簡單成本低的水熱法，實(shí)現(xiàn)二氧化鈦納米晶化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化和表面修飾，從而有效提高二氧化鈦納米晶在太陽光下的光催化活性。本發(fā)明的另一目的在于提供利用上述制備方法制得的產(chǎn)品。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明提供的一種尚光催化活性銳欽礦Ti02納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將鈦的化合物溶解于有機(jī)溶劑中，按照摩爾比鈦的化合物:有機(jī)溶劑=1:5?10，攪拌至均勻，得到含有鈦的黃色有機(jī)溶液A;
[0008](2)將六水氯化鎂溶解于蒸餾水中，然后加入有機(jī)溶劑，攪拌至均勻得到溶液B，按照摩爾比六水氯化鎂:蒸餾水:有機(jī)溶劑=0.0l?I: 50?400:1?10;
[0009](3)攪拌下將所述溶液B加入溶液A中，然后加入3M NaOH溶液，按照摩爾比鈦的化合物:NaOH =1:0.42?0.56，攪拌混合1?15mi η后，放在水熱釜中，在140?180 °C下保溫12?36h，反應(yīng)產(chǎn)物用蒸餾水洗滌，獲得亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米粉體材料。
[0010]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述鈦的化合物為鈦酸丁酯、氯化鈦或鈦酸異丙酯。所述有機(jī)溶劑為乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、四氫呋喃中的一種或其組合。
[0011]利用上述高光催化活性銳鈦礦T12納米材料制備方法制得的產(chǎn)品，由尺寸為5?1nm納米顆粒組成，具有多晶結(jié)構(gòu)和介孔結(jié)構(gòu)，所述產(chǎn)品的比表面積為148.23?159.1281112/^、平均孔尺寸為12.042?16.0811111。
[0012]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0013](I)本發(fā)明通過引入Mg對納米二氧化鈦進(jìn)行改性，使其晶體表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的晶格缺陷，并且通過Mg的引入實(shí)現(xiàn)二氧化鈦納米晶的表面修飾，使高活性面(101)暴露，從而有效地提高了二氧化鈦納米晶在太陽光下的高光催化活性。
[0014](2)本發(fā)明利用水熱法，通過引入Mg并控制NaOH溶液的添加，即獲得具有高光催化活性的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米粉體材料，無需特殊裝置，也無需在表面活性劑或模板的條件下進(jìn)行，工藝方法簡單、成本低，對于亞穩(wěn)相銳鈦礦T12光催化的研究、應(yīng)用和發(fā)展具有重要的價(jià)值和意義。
【附圖說明】
[0015]下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例制得的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米材料的X射線衍射圖譜；
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例制得的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米材料的掃描電鏡照片(a:低倍數(shù);b:高倍數(shù))；
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例制得的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米材料的透射電鏡照片(a:選區(qū)衍射照片(SAED);b:高分辨照片(HRTEM));
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例制得的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米材料降解前后的FT-1R圖譜；
[0020]圖5是本發(fā)明實(shí)施例制得的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米材料的N2吸附-解吸附等溫線圖；
[0021]圖6是本發(fā)明實(shí)施例制得的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米材料在太陽光照射下的光催化活性示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例一:
[0023]本實(shí)施例一種高光催化活性銳鈦礦T12納米材料的制備方法，其步驟如下:
[0024](I)將鈦酸丁酯溶解于乙醇中，按照摩爾比鈦酸丁酯:乙醇=1: 5，攪拌至均勻，得到含有鈦的黃色有機(jī)溶液A;
[0025](2)將六水氯化鎂溶解于蒸餾水中，然后加入乙醇，攪拌至均勻得到溶液B，按照摩爾比六水氯化鎂:蒸饋水:乙醇= 0.01:50:10;
[0026](3)攪拌下將溶液B逐滴滴入溶液A中，然后逐漸滴加3M NaOH溶液，按照摩爾比鈦酸丁酯:NaOH= 1:0.42,攪拌混合15min后，放在水熱釜中，在180°C下保溫36h，反應(yīng)產(chǎn)物用蒸餾水洗滌6次，獲得呈白色的亞穩(wěn)相銳鈦礦T12納米粉體材料。
[0027]實(shí)施例二:
[0028]本實(shí)施例一種高光催化活性銳鈦礦T12納米材料的制備方法，其步驟如下:
[0029](I)將鈦酸異丙酯溶解于丙醇中，按照摩爾比鈦酸異丙酯:丙醇= 1:10，攪拌至均勻，得到含有鈦的黃色有機(jī)溶液A;
[0030](2)將六水氯化鎂溶解于蒸餾水中，然后加入丙醇，攪拌至均勻得到溶液B，按照摩爾比六水氯化鎂:蒸餾水:丙醇=1:400:5;
[0031](3)攪拌下將溶液B逐滴滴入溶