CN103816882B - 一种微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂及其制备方法，将有机钛源加入到丙酮/乙二醇混合溶剂中，室温下搅拌均匀后，转入反应釜进行溶剂热反应，待反应结束后，对样品进行洗涤、离心、干燥，得到微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂。本发明的方法具有简单、方便、快速、重现性好等优点；制得的微米球状二氧化钛为锐钛矿相，微米球尺寸均匀、单一分散，具有优异的光催化性能。

Description

一种微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于光催化领域，具体涉及一种微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂及其制备方法。
背景技术
二氧化钛是一种非常奇特的半导体金属氧化物，且化学性质稳定、无毒和生物相容性，因而在催化、电子、环境、医疗等众多领域已经有十分广泛的应用并显示出诱人的应用前景。作为光催化剂，锐钛矿二氧化钛展现出优异的有机污染物降解性能和潜在的制备清洁氢能源性能，吸引了化学、环境和能源领域科研工作者的极大兴趣。往往不同的方法制备，不仅影响了二氧化钛光催化剂的尺寸、形貌等，也会对其光催化性能有很大的影响。微米级球形粒子具有高比表面积，并能够有效的反射入射光,从而增加对光的利用等特点,因而制备微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂有重要的研究意义和应用价值。
经过文献研究表明，一般是通过添加多种辅助试剂的模板法或特殊手段来制备球形二氧化钛，这往往增加了制备体系的复杂性和不确定性，难于掌握和调控球形二氧化钛的形成，当然也增加了制备经济成本。例如王海等（中国专利CN102544463A）以钛酸正丁酯为钛源通过添加叔丁醇和肉桂酸加热溶解并结合长时间的水热，合成出了二氧化钛微米球，但是合成的二氧化钛微米球尺寸大小不均且二氧化钛的晶相结构也不单一，由锐钛矿型二氧化钛和少量金红石型二氧化钛混合组成。又如只金芳等（中国专利CN102874867A）先通过硫酸钛盐水解、加碱中和沉淀、过氧化氢氧化得到过氧化钛水溶液，0℃下再与羟胺、水合肼、柠檬酸、硼氢化钠等还原剂反应制得白色乳状液，最后经高温焙烧合成出亚微米级二氧化钛微球，显然这一制备方法涉及步骤繁多、复杂等问题。因此开发简单易行制备方法是高效合成微米球二氧化钛光催化剂的重要问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂及其制备方法，该方法具有简单、方便、快速、重现性好等优点；制得的微米球状二氧化钛为锐钛矿相，微米球尺寸均匀、单一分散，具有优异的光催化性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
将有机钛源加入到丙酮/乙二醇混合溶剂中，室温下搅拌均匀后，转入反应釜进行溶剂热反应，待反应结束后，对样品进行洗涤、离心、干燥，得到微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂。
混合溶剂中丙酮和乙二醇的体积比为5：1-3。
所述的有机钛源与混合溶剂的体积比为1：30-70。
所述的溶剂热反应温度为120-200℃，反应时间为2-12h。
本发明的显著优点在于：（1）本发明方法具有简单、方便、快速、重现性好等优点；（2）制得的微米球二氧化钛为锐钛矿相，微米球尺寸均匀、单一分散；（3）制得的微米球锐钛矿二氧化钛可广泛应用于光催化、太阳能燃料电池等领域，其中作为光催化剂，和商业二氧化钛（P25）相比，制得的微米球锐钛矿二氧化钛具有更高的光催化降解丙酮的活性。
附图说明
图1为本发明实施例1中微米球锐钛矿二氧化钛的扫描电镜图。
图2为本发明评价催化剂光催化活性的装置图。
图3为本发明微米球TiO2和商业P25TiO2光催化降解丙酮的活性。
图4为本发明实施例2中微米球锐钛矿二氧化钛的扫描电镜图。
图5为本发明实施例3中微米球锐钛矿二氧化钛的扫描电镜图。
图6为本发明实施例4中微米球锐钛矿二氧化钛的XRD谱。
图7为本发明实施例5中微米球锐钛矿二氧化钛的光吸收谱。
具体实施方式
实施例1
采用混合溶剂热法制备微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂，首先将丙酮与乙二醇按照5：2体积比混合，搅拌20min，配制成均匀混合溶剂；再往混合溶剂中加入2ml异丙醇钛，继续搅拌20min；然后将溶液转移到反应釜中，进行溶剂热反应，反应温度为180℃，反应时间为6h。反应结束后，对样品进行洗涤、离心、干燥，得到微米球锐钛矿二氧化钛光催化剂。对制得的微米球锐钛矿二氧化钛进行形貌表征，结果如图1所示，可以看出球形二氧化钛分散单一、尺寸均匀。
模拟太阳光光催化降解丙酮的测试：
取50mg合成的微米球锐钛矿二氧化钛粉末或商业二氧化钛（P25），置于自制的石英反应器内（如图2所示），通入氧气2h使反应气氛为纯氧，再注入2ul丙酮液体，待催化剂吸附平衡后，进行氙灯光照反应；反应过程气氛中的丙酮和二氧化碳的浓度采用红外光谱测定。图3是微米球锐钛矿二氧化钛和商业二氧化钛（P25）光催化降解丙酮的降解率。
实验表明，在模拟太阳光光谱的氙灯照射下，本发明所制备的微米球锐钛矿二氧化钛具有良好的光催化降解VOC性能，与商业二氧化钛（P25）相比，制得的微米球锐钛矿二氧化钛具有更高的光催化降解丙酮的活性。
实施例2
将丙酮与乙二醇按照6：1体积比混合，搅拌20min，配制成均匀混合溶剂；再往混合溶剂中加入1ml异丙醇钛，继续搅拌20min；然后将溶液转移到反应釜中，进行溶剂热反应，反应温度为200℃，反应时间为2h。反应结束后，对样品进行洗涤、离心、干燥，得到微米球锐钛矿二氧化钛光催化剂。对制得的微米球锐钛矿二氧化钛进行形貌表征，结果如图4所示，可以看出球形二氧化钛分散单一、尺寸均匀。
实施例3
将丙酮与乙二醇按照5：2体积比混合，搅拌30min，配制成均匀混合溶剂；再往混合溶剂中加入2ml异丙醇钛，继续搅拌10min；然后将溶液转移到反应釜中，进行溶剂热反应，反应温度为120℃，反应时间为2h。反应结束后，对样品进行洗涤、离心、干燥，得到微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂。对制得的微米球锐钛矿二氧化钛进行形貌表征，结果如图5所示，可以看出球形二氧化钛尺寸均匀。
实施例4
同实施例1相比，不同的是溶剂热温度为160℃，测试样品的XRD（图6），可以看到所得样品为锐钛矿晶型的TiO2。
实施例5
同实施例1相比，不同的是溶剂热时间为2h，图7是样品的紫外-可见光吸收谱。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：将有机钛源加入到丙酮/乙二醇混合溶剂中，室温下搅拌均匀后，转入反应釜进行溶剂热反应，待反应结束后，对样品进行洗涤、离心、干燥，得到微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂；
所述的有机钛源为异丙醇钛；
所述的溶剂热反应温度为120-200℃，反应时间为2-12h。
2.根据权利要求1所述的微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：混合溶剂中丙酮和乙二醇的体积比为5：1-3。
3.根据权利要求1所述的微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于：所述的有机钛源与混合溶剂的体积比为1：30-70。
4.一种如权利要求1所述的方法制得的微米球状锐钛矿二氧化钛光催化剂。
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