專利名稱：一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，屬于無機(jī)功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于納米二氧化鈦(TiO2)的特殊性質(zhì)及在環(huán)境和能源領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用，使得它被廣泛研究。目前，納米二氧化鈦在光催化、光伏電池、染料敏化太陽能電池和鋰離子電池等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。二氧化鈦的性能取決于晶體結(jié)構(gòu)、形貌、比表面積和尺寸等因素。二氧化鈦具有三種最常見的晶相:銳鈦礦(A)、金紅石(R)和板鈦礦(B)。這三種晶體結(jié)構(gòu)均由扭曲的TiO6八面體組成，差別僅在于其連接方式。研究結(jié)果表明，與純相二氧化鈦相比，混相二氧化鈦擁有更高的電子-空穴分離能力，從而具有更高的光催化活性。此外，銳鈦礦的光催化活性還與其暴露的活性面有密切關(guān)系。自從發(fā)現(xiàn)利用氫氟酸可制備出高暴露{001}面的二氧化鈦后，晶面依賴的光催化活性問題引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。然而，基于氫氟酸合成二氧化鈦的方法很難大規(guī)模應(yīng)用，因?yàn)槠渚哂泻艽蟮亩拘?。因此，尋求簡單、綠色的合成暴露高能面二氧化鈦的方法仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡單、綠色的一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下:`一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，包括如下步驟:(I)按比例稱取2.41-3.86g三氯化鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，內(nèi)含3%鹽酸)，加入到48-76mL蒸餾水中，攪拌，得到澄清溶液；(2)向步驟(I)中加入0-0.44g抗壞血酸，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液；(3)將步驟(2)獲得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，在180°C下反應(yīng)IOh ；(4)待步驟(3)所得懸浮液冷卻至室溫后，在一定轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)數(shù)次，將所得固體置于真空干燥箱中100°C下干燥10h，即得產(chǎn)品。優(yōu)選的是:所述步驟⑴為:按比例稱取3.86g三氯化鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，內(nèi)含3%鹽酸)，加入到76mL蒸餾水中，濃度為0.051g L—1，攪拌，得到澄清溶液。所述步驟⑵為:向步驟⑴中加入0.044g抗壞血酸，抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.05，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液。所述步驟(3)為:將步驟(2)獲得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，以5°C /min的速率從室溫升至180°C，并在該溫度下保持10h。所述步驟⑷為:待步驟⑶所得懸浮液冷卻至室溫后，在4200r/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)三次，將所得固體置于真空干燥箱中100°C下干燥10h，
即得產(chǎn)品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所使用的原料綠色、方法簡單、合成過程耗時(shí)短。通過調(diào)節(jié)抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比可以一步合成同時(shí)具有混相和高活性面的二氧化鈦，所獲得的納米粒子形貌比較規(guī)則。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。下面的實(shí)施例是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明，但不對本發(fā)明作任何限制。實(shí)施例1一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，包括如下步驟:(I)稱取2.41g三氯化鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，內(nèi)含3%鹽酸)，加入到48mL蒸餾水中，攪拌，得到澄清溶液；

(2)將步驟(I)所得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，以50C /min的速率從室溫升至180°C，并在該溫度下保持IOh ；(3)待步驟(2)所得懸浮液冷卻至室溫后，在4200r/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)三次，將所得固體置于真空干燥箱中100°C下干燥10h，即得產(chǎn)品P1。實(shí)施例2一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，包括如下步驟:(I)稱取3.86g三氯化鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，內(nèi)含3%鹽酸)，加入到76mL蒸餾水中，攪拌，得到澄清溶液；(2)向步驟(I)中加入0.044g抗壞血酸，抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.05，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液；(3)將步驟(2)獲得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，以50C /min的速率從室溫升至180°C，并在該溫度下保持IOh ；(4)待步驟(3)所得懸浮液冷卻至室溫后，在4200r/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)三次，將所得固體置于真空干燥箱中100°C下干燥10h，即得產(chǎn)品P2。實(shí)施例3一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，包括如下步驟:(I)稱取3.86g三氯化鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，內(nèi)含3%鹽酸)，加入到76mL蒸餾水中，攪拌，得到澄清溶液；(2)向步驟(I)中加入0.1lg抗壞血酸，抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.125，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液；(3)將步驟⑵獲得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，以50C /min的速率從室溫升至180°C，并在該溫度下保持IOh ；(4)待步驟(3)所得懸浮液冷卻至室溫后，在4200r/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)三次，將所得固體置于真空干燥箱中100°c下干燥10h，即得產(chǎn)品P3。實(shí)施例4—步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，包括如下步驟:(I)稱取3.86g三氯化鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，內(nèi)含3%鹽酸)，加入到76mL蒸餾水中，攪拌，得到澄清溶液；(2)向步驟(I)中加入0.22g抗壞血酸，抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.25，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液；(3)將步驟(2)獲得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，以50C /min的速率從室溫升至180°C，并在該溫度下保持IOh ；(4)待步驟(3)所得懸浮液冷卻至室溫后，在4200r/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)三次，將所得固體置于真空干燥箱中100°C下干燥10h，即得產(chǎn)品P4。實(shí)施例5一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，包括如下步驟:(I)稱取3.86g三氯化鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，內(nèi)含3%鹽酸)，加入到76mL蒸餾水中，攪拌，得到澄清溶液；(2)向步驟(I)中加入0.44g抗壞血酸，抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.5，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液；(3)將步驟(2)獲得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，以50C /min的速率從室溫升 至180°C，并在該溫度下保持IOh ；(4)待步驟(3)所得懸浮液冷卻至室溫后，在4200r/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)三次，將所得固體置于真空干燥箱中100°C下干燥10h，即得產(chǎn)品P5。本發(fā)明涉及一種一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的技術(shù)方法。沒有添加抗壞血酸的體系生成棒狀或顆粒狀的混相二氧化鈦，隨著抗壞血酸含量的增加，銳鈦礦的比例迅速增加。當(dāng)抗壞血酸與三氯化鈦的摩爾比為0.05時(shí)，生成截頭四方雙錐形貌的二氧化鈦顆粒最多[此結(jié)構(gòu)具有較多的1001}活性面]，{001}活性面的比表面積可占到總比表面的18.4%;當(dāng)抗壞血酸與三氯化鈦的摩爾比為0.125時(shí)，{001}活性面的比表面積可占到總比表面的8.8% ;而當(dāng)抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.5時(shí)，最終生成的二氧化鈦顆粒為蠕蟲狀，此時(shí)沒有1001}活性面。本發(fā)明方法只需加入抗壞血酸就可實(shí)現(xiàn)合成暴露高活性面二氧化鈦，操作簡單安全、無毒無害、易控制，這大大降低了暴露高活性面二氧化鈦的生產(chǎn)成本，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的綠色環(huán)保技術(shù)。


圖1.TiO2 樣品的 XRD 表征圖譜:(a) Pl，(b)P2，(c)P3，(d)P4 和(e)P5(A:銳鈦礦，R:金紅石，B:板鈦礦)。圖2.TiO2 樣品的 SEM 表征圖譜:(a) Pl，(b)P2，(c)P3 和(d)P5。圖3.TiO2 樣品的 TEM 表征圖譜:(a_c) Pl，(d，e)P2，(f，g)P3 和(h)P5。
權(quán)利要求
1.步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，其特征是包括如下步驟: (1)按比例稱取2.41-3.86g三氯化鈦溶液，加入到48-76mL蒸餾水中，攪拌，得到澄清溶液； (2)向步驟(I)中加入0-0.44g抗壞血酸，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液； (3)將步驟(2)獲得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，在180°C下反應(yīng)IOh ； (4)待步驟(3)所得懸浮液冷卻至室溫后，在一定轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)數(shù)次，將所得固體置于真空干燥箱中100°C下干燥10h，即得產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(I)中所述:三氯化鈦溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，內(nèi)含3%鹽酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(I)中所述:按比例稱取3.86g三氯化鈦溶液，加入到76mL蒸餾水中，攪拌，得到澄清溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(2)中所述:不加入抗壞血酸，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到 澄清溶液，最終產(chǎn)品為棒狀或顆粒狀的混相二氧化鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(2)中所述:向步驟⑴中加入0.044g抗壞血酸，抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.05，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液，最終生成的截頭四方雙錐形貌的二氧化鈦顆粒最多，此時(shí){001}活性面的比表面積占二氧化鈦顆?？偙缺砻娴?8.4%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(2)中所述:向步驟⑴中加入0.1 Ig抗壞血酸，抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.125，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液，最終產(chǎn)品中存在截頭四方雙錐形貌的二氧化鈦顆粒，{001}活性面的比表面積占二氧化鈦顆?？偙缺砻娴?.8 %。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(2)中所述:向步驟⑴中加入0.44g抗壞血酸，抗壞血酸與三氯化鈦摩爾比為0.5，在常溫常壓下，持續(xù)攪拌lOmin，得到澄清溶液，最終生成的二氧化鈦顆粒為蠕蟲狀，此時(shí)沒有{001}活性面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(3)中所述:將步驟(2)獲得的澄清溶液轉(zhuǎn)移至IOOmL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，以5°C /min的速率從室溫升至180°C，并在該溫度下保持10h。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(4)中所述:待步驟(3)所得懸浮液冷卻至室溫后，在4200r/min的轉(zhuǎn)速下離心lOmin，然后用蒸餾水水洗，重復(fù)三次，將所得固體置于真空干燥箱中100°C下干燥10h，即得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一步合成混相和暴露高活性面二氧化鈦的方法，步驟為(1)稱取一定量三氯化鈦溶液加入到蒸餾水中，攪拌；(2)稱取一定量抗壞血酸固體加入到溶液中，攪拌直至全部溶解；(3)將溶液轉(zhuǎn)移至100mL聚四氟乙烯不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，在180℃下反應(yīng)10h；(4)待反應(yīng)體系自然冷卻至室溫后，離心并用蒸餾水水洗，重復(fù)數(shù)次，然后將所得沉淀置于真空干燥箱中100℃下干燥10h，即得產(chǎn)品。本發(fā)明方法簡單，合成過程耗時(shí)短且對環(huán)境友好。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK103086424SQ20131006212
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者韓煦, 任海濤, 王為民, 李約翰 申請人:天津工業(yè)大學(xué)