CN101817552B - 二氧化钛微米管材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二氧化钛微米管材料，它的尺寸为长70-150微米，外径10-15微米，微米管表层的二氧化钛微晶暴露具有高反应活性的{001}晶面，并通过(NH₄)₂TiF₆溶液与氧化锆多晶纤维反应制得。制备的二氧化钛微米管材料，尺寸在微米级，能迅速沉降回收，同时表面由暴露高活性{001}晶面的二氧化钛微晶组成，能显著提高二氧化钛材料的光催化活性。

Description

二氧化钛微米管材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛微米管材料，特别涉及一种二氧化钛微米管材料及其制备方法，属于半导体光催化材料制备技术领域。

背景技术

随着人类社会的不断发展，环境污染和能源短缺已经成为制约当今世界可持续发展的关键问题。国内外大量研究表明，光催化技术能够降解污染物，分解水制备氢气，成为解决环境问题和能源问题最具前景的技术之一。自从1972年Fujishima和Honda在半导体二氧化钛电极上发现水在光照下产生氢气和氧气以来，以二氧化钛为基础的光催化材料得到了广泛的研究。

二氧化钛作为光催化材料具有众多优点：化学性能稳定，吸收紫外线能力强，量子效率和催化效率高，无毒无味，来源丰富，价格低廉等。这使得二氧化钛光催化材料已经得到实际应用。但同时，二氧化钛的应用也面临许多的挑战。二氧化钛禁带宽度为3.2 eV，光吸收仅限于紫外区，对太阳能的利用率低；二氧化钛光照后产生的光生电子与空穴容易重新复合，或者被亚稳态表面所俘获，从而失去活性；液相中使用的二氧化钛处于悬浮态，难以沉降和回收，造成污染和浪费

自从1991年碳纳米管的发现以来，管状结构的材料引起了广泛关注。由于具有特殊的结构和力学、电学性质，管状结构已被广泛应用于微流体和光学仪器、生物设备、化学微反应器以及复合材料的制备等领域。高纵横比的二氧化钛纳米管层比纳米颗粒层光催化活性要高得多，因此，二氧化钛管状材料在光催化和光电池领域有着引人瞩目的潜在应用价值。近年的研究发现，二氧化钛晶体的{001}面，表面能很高，作为光催化材料表现出更高的反应活性，对提高二氧化钛材料的催化活性起重要作用。目前还没有关于富二氧化钛{001}面微晶体组成的二氧化钛微米管材料的报道。

发明内容

本发明针对目前二氧化钛光催化材料存在难以沉降回收以及催化活性较低等问题，提供了一种二氧化钛微米管材料，该种材料容易回收和循环使用，二氧化钛微晶暴露出的{001}晶面能提高光催化活性。

本发明的另一目的是提供该种二氧化钛微米管材料的制备方法，该方法过程简单，易于控制，成本低，易于大规模生产。

本发明采取的技术方案为：

二氧化钛微米管材料，它的尺寸为长70-150微米，外径10-15微米，微米管表层的二氧化钛微晶暴露具有高反应活性的{001}晶面。

所述的二氧化钛微米管材料壁厚2.5-3.5微米。

上述二氧化钛微米管材料的制备包括以下步骤：

（1）将一定量的 (NH₄)₂TiF₆溶于去离子水中，搅拌一定时间，使溶液呈澄清状态；

（2）取氧化锆多晶纤维适量浸入步骤（1）得到的溶液中，并将此混合物移入反应釜，在160℃-220℃保温6-30小时；

（3）反应釜自然冷却后，将所得物用去离子水和无水酒精过滤洗涤，将产物烘干。

步骤（1）所述的(NH₄)₂TiF₆用量为每40ml去离子水用2.97g (NH₄)₂TiF₆，搅拌时间为0.5-1小时。

步骤（2）中氧化锆多晶纤维用量：（NH₄)₂TiF₆与氧化锆物质的量比为1.5：1。

步骤（2）中最优反应温度为200℃，最优反应时间为24小时。

步骤（3）所述的干燥温度为80℃。

本发明使用模板法制备二氧化钛微米管材料，方法简单、成本低、易于大规模生产。制备的二氧化钛微米管材料，尺寸在微米级，能迅速沉降回收，同时表面由暴露高活性{001}晶面的二氧化钛微晶组成，能显著提高二氧化钛材料的光催化活性。

附图说明

图1为本发明二氧化钛微米管材料X射线衍射图谱；

图2为本发明二氧化钛微米管材料扫描电镜图片；

     图3为本发明二氧化钛微米管材料管表面扫描电镜图片；

     图4为本发明二氧化钛微米管材料管表面高分辨透射电镜图片及电子衍射图样。

具体实施方式

实施例1

二氧化钛微米管材料的制备：

（1）将2.97g (NH₄)₂TiF₆溶于40ml去离子水中，磁力搅拌0.5小时，溶液呈澄清状态；

（2）将工业生产的氧化锆多晶纤维0.62g浸入（1）中溶液，并将此混合物移入反应釜，在160℃保温6小时；

（3）反应釜自然冷却后，将所得物用去离子水和无水酒精过滤洗涤，在80℃下将产物烘干。

  实施例2

二氧化钛微米管材料的制备：

（1）将2.97g (NH₄)₂TiF₆溶于40ml去离子水，磁力搅拌0.5小时，溶液呈澄清状态；

（2）将工业生产的氧化锆多晶纤维0.62g浸入（1）中溶液，并将此混合物移入反应釜，在220℃保温6小时；

（3）反应釜自然冷却后，将所得物用去离子水和无水酒精过滤洗涤，在80℃下将产物烘干。

实施例3

二氧化钛微米管材料的制备：

（1）将2.97g (NH₄)₂TiF₆溶于40ml去离子水，磁力搅拌0.5小时，溶液呈澄清状态；

（2）将工业生产的氧化锆多晶纤维1.23g浸入（1）中溶液，并将此混合物移入反应釜，在220℃保温6小时；

（3）反应釜自然冷却后，将所得物用去离子水和无水酒精过滤洗涤，在80℃下将产物烘干。

实施例4

二氧化钛微米管材料的制备：

（1）将2.97g (NH₄)₂TiF₆溶于40ml去离子水，磁力搅拌0.5小时，溶液呈澄清状态；

（2）将工业生产的氧化锆多晶纤维1.23g浸入（1）中溶液，并将此混合物移入反应釜，在200℃保温12小时；

（3）反应釜自然冷却后，将所得物用去离子水和无水酒精过滤洗涤，在80℃下将产物烘干。

实施例5

二氧化钛微米管材料的制备：

（1）将2.97g (NH₄)₂TiF₆溶于40ml去离子水，磁力搅拌0.5小时，溶液呈澄清状态；

（2）将工业生产的氧化锆多晶纤维1.23g浸入（1）中溶液，并将此混合物移入反应釜，在200℃保温24小时；

（3）反应釜自然冷却后，将所得物用去离子水和无水酒精过滤洗涤，在80℃下将产物烘干。

实施例6

二氧化钛微米管材料的制备：

（1）将2.97g (NH₄)₂TiF₆溶于40ml去离子水，磁力搅拌0.5小时，溶液呈澄清状态；

（2）将工业生产的氧化锆多晶纤维1.86g浸入（1）中溶液，并将此混合物移入反应釜，在200℃保温24小时；

（3）反应釜自然冷却后，将所得物用去离子水和无水酒精过滤洗涤，在80℃下将产物烘干。

实施例7

本发明制得的二氧化钛微米管材料结构性能测试：

（1）X射线衍射：测试结果为反应前纤维成分为四方相氧化锆，反应后产物为锐钛矿二氧化钛（见图1）。

（2）扫描电镜测试：微米管材料长70-150微米，外径10-15微米，壁厚约3微米（见图2）。

（3）材料表面电镜观察：微米管材料表面的二氧化钛微晶，暴露出高反应活性的{001}晶面（见图3、图4）。

Claims (7)

1.二氧化钛微米管材料，其特征是，它的尺寸为长70-150微米，外径10-15微米，微米管表层的二氧化钛微晶暴露具有高反应活性的{001}晶面。

2.按照权利要求1所述的二氧化钛微米管材料，其特征是，所述的二氧化钛微米管材料壁厚2.5-3.5微米。

3.权利要求1所述的二氧化钛微米管材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)将一定量的(NH₄)₂TiF₆溶于去离子水中，搅拌一定时间，使溶液呈澄清状态；

(2)取氧化锆多晶纤维适量浸入步骤(1)得到的溶液中，并将此混合物移入反应釜，在160-220℃保温6-30小时；

(3)反应釜自然冷却后，将所得物用去离子水和无水酒精过滤洗涤，将产物烘干。

4.按照权利要求3所述的二氧化钛微米管材料的制备方法，其特征是，步骤(1)所述的(NH₄)₂TiF₆用量为每40ml去离子水用2.97g(NH₄)₂TiF₆，搅拌时间为0.5-1小时。

5.按照权利要求3所述的二氧化钛微米管材料的制备方法，其特征是，步骤(2)中氧化锆多晶纤维用量：(NH₄)₂TiF₆与氧化锆物质的量比为1.5∶1。

6.按照权利要求3所述的二氧化钛微米管材料的制备方法，其特征是，步骤(2)中反应温度为200℃，反应时间为24小时。

7.按照权利要求3所述的二氧化钛微米管材料的制备方法，其特征是，步骤(3)所述的干燥温度为80℃。

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