CN104828865B - 一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法 - Google Patents

一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104828865B
CN104828865B CN201510137373.8A CN201510137373A CN104828865B CN 104828865 B CN104828865 B CN 104828865B CN 201510137373 A CN201510137373 A CN 201510137373A CN 104828865 B CN104828865 B CN 104828865B
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium dioxide
black
brookite
deionized water
brookite titanium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510137373.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104828865A (zh
Inventor
王传义
辛晓烨
王兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN201510137373.8A priority Critical patent/CN104828865B/zh
Publication of CN104828865A publication Critical patent/CN104828865A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104828865B publication Critical patent/CN104828865B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法，该方法基于水热反应形成微晶的原理，以类凝胶状的钛源进行水热反应形成微晶，再经煅烧过程得到含三价钛缺陷的黑色单一板钛矿相二氧化钛。与传统板钛矿相二氧化钛的制备方法相比，通过本发明所述方法获得的板钛矿相二氧化钛晶相单一、粒度分布均匀、晶粒形状相近，并且三价钛缺陷的引入赋予材料优异的可见光光催化性能。本发明提供的水热制备方法具有原料单一、操作简单、条件温和、工艺简易，具有晶相纯度高、三价钛缺陷浓度高、可见光吸收度高等优点，所制备的黑色单一板钛矿相二氧化钛微晶在可见光下降解工业污染物有机染料亚甲基蓝的效率优于P25，在无机催化剂处理工业废水等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法
技术领域
本发明属于光催化纳米材料制备技术领域，具体涉及黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法及用途。
背景技术
二氧化钛是太阳能驱使的清洁能源和环境保护技术发展过程中最具前景的半导体材料。二氧化钛是多晶型化合物，自然界中存在金红石型、锐钛矿型和板钛矿型三种结晶形态，锐钛矿和板钛矿均属亚稳相，经焙烧均可转化为稳定的金红石相。由于人工合成很难制备单一相的板钛矿二氧化钛，板钛矿二氧化钛的性能也有待进一步探索。板钛矿二氧化钛中钛、氧原子八面体的排布和链接方式，使其(100)晶面上具有暴露的氧原子，这样使得其能够成为光催化反应中的活性原子，因而在光催化等领域有潜在的应用前景。
目前文献报道的板钛矿相二氧化钛的制备方法多数采用化学法在有机溶剂中合成或者使用脉冲激光沉积技术合成板钛矿二氧化钛薄膜或者采用水热法得到板钛矿二氧化钛。然而，已报道的板钛矿相二氧化钛的制备方法，高能耗、多步骤、合成条件苛刻、设备昂贵，而且这些合成方法很难得到单一板钛矿相均匀分布的二氧化钛，使得这些方法在实际应用中受到了一定的限制。
近期，由于能够充分利用可见光，黑色二氧化钛在光催化反应中的应用成为人们关注的焦点，Ti3+缺陷的引入作为一个有效的方法来减少可能的环境问题。因此，黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备具有实际的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种简易的黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法，该方法是以类凝胶状的钛源进行水热反应形成微晶，再经煅烧过程制成。本发明所述方法具有原料种类少、操作简单、条件温和、工艺简易等特点，通过该制备方法获得的黑色单一板钛矿相二氧化钛晶相单一、晶粒形状相近，并且三价钛缺陷的引入可有效抑制光生电子-空穴对的复合，赋予材料优异的可见光光催化性能。通过本发明所述方法获得的黑色单一板钛矿相二氧化钛具有稳定性好和循环性高的优点，在实际无机催化剂处理工业污染物等领域具有广泛的应用前景。
本发明所述的一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法，其特征在于该方法以类凝胶状的钛源进行水热反应形成微晶，再经煅烧过程制备具有晶相纯度高、三价钛缺陷浓度高、可见光吸收度高的黑色单一板钛矿相二氧化钛，具体操作按下列步骤进行：
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝8-10，接着加入0.2-0.6g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
所述的方法获得的黑色单一板钛矿相二氧化钛在可见光下降解工业污染物有机染料亚甲基蓝中的用途。
附图说明
图1为本发明的扫描电子显微镜照片，其中标尺长度为200nm，通过扫描电子显微镜图可以看出微晶形状分布均匀，呈现具有一定厚度的片层状，长度为300nm左右；
图2为本发明的高分辨透射电子显微镜照片，其中标尺长度为10nm，插图标尺长度为50nm；
图3为本发明分别在pH＝8、pH＝9和pH＝10得到的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明不仅限于下述的实施例：
实施例1
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝8，接着加入0.4g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
实施例2
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝9，接着加入0.4g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
实施例3
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝10，接着加入0.4g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
实施例4
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝9，接着加入0.2g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
实施例5
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝9，接着加入0.3g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
实施例6
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝9，接着加入0.5g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
实施例7
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30％的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH＝9，接着加入0.6g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
实施例8
取P25样品和实施例1-7制备的目标产物分别20mg均匀分散于100mL浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液中，避光吸附40min，用装有420nm滤波片的300W氙灯进行可见光照射进行可见光降解，每到相等的时间间隔取样3.4mL，离心后取上清液于紫外-可见分光光度计中，检测亚甲基蓝的吸光度，测试结果表明，在30min内目标产物对亚甲基蓝的降解效率显著高于P25样品对亚甲基蓝的降解效率，见表1：
表1目标产物及P25可见光下降解亚甲基蓝溶液的降解效率参数
从表中可以看出：实施例1-7样品可将光对亚甲基蓝的降解效率显著高于P25样品(降解效率为5.77％)，实施例2样品降解效果最好，30min内达到98.8％，基本降解完全。

Claims (1)

1.一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法，其特征在于该方法以类凝胶状的钛源进行水热反应形成微晶，再经煅烧过程制备具有晶相纯度高、三价钛缺陷浓度高、可见光吸收度高的黑色单一板钛矿相二氧化钛，具体操作按下列步骤进行：
a.将0.32g氢化钛溶于2.5mL去离子水中，匀速搅拌下逐滴加入30mL质量分数为30%的过氧化氢，混合反应液在常温下持续快速搅拌12h，得到类凝胶状混合物；
b.在均匀搅拌下，将步骤a得到的混合物中加入50mL去离子水，用1.0M的氢氧化钠溶液调节混合溶液的pH=8-10，接着加入0.2-0.6g硼氢化钠，得到透明黄色混合溶液；
c.将步骤b得到的混合溶液置于高压反应釜中，温度180℃，反应24h；
d.将步骤c得到的混合液移出高压反应釜，在50.0mL1.0M的盐酸溶液中清洗10h后离心得到沉淀物，用无水乙醇清洗2次，再用去离子水清洗3次，置于真空冷冻干燥箱中干燥12h；
e.将步骤d所得产物置于管式炉中，在N2氛围下煅烧后处理3h，升温速率为4℃/min，反应温度为500℃，即得到黑色单一板钛矿相二氧化钛目标产物。
CN201510137373.8A 2015-03-26 2015-03-26 一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法 Expired - Fee Related CN104828865B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510137373.8A CN104828865B (zh) 2015-03-26 2015-03-26 一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510137373.8A CN104828865B (zh) 2015-03-26 2015-03-26 一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104828865A CN104828865A (zh) 2015-08-12
CN104828865B true CN104828865B (zh) 2016-06-29

Family

ID=53807125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510137373.8A Expired - Fee Related CN104828865B (zh) 2015-03-26 2015-03-26 一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104828865B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107128969A (zh) * 2017-05-15 2017-09-05 重庆森盟新能源开发有限公司 一种使玻璃具有自清洁效果的涂层材料的制备和应用方法
CN110127757B (zh) * 2018-02-09 2021-09-07 国家纳米科学中心 一种板钛矿型二氧化钛及其制备方法和应用
CN117899864B (zh) * 2024-03-15 2024-06-07 四川大学 一种室温制备负载铜的黑色二氧化钛的方法及负载铜的黑色二氧化钛

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG11201402624QA (en) * 2011-12-08 2014-06-27 Univ Singapore Photocatalytic metal oxide nanomaterials; method of making via h2-plasma treatment; use for organic waste decontamination in water
CN103962117B (zh) * 2014-05-05 2016-04-27 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 颜色可调具有高效光催化活性的二氧化钛的制备方法
CN104261466B (zh) * 2014-07-30 2016-02-24 深圳孔雀科技开发有限公司 一种利用水热合成法制备黑色二氧化钛的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104828865A (zh) 2015-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kumar et al. Wide spectral degradation of Norfloxacin by Ag@ BiPO4/BiOBr/BiFeO3 nano-assembly: elucidating the photocatalytic mechanism under different light sources
Di Paola et al. Brookite, the least known TiO2 photocatalyst
Lu et al. Preparation and photocatalytic properties of g-C3N4/TiO2 hybrid composite
Li et al. Visible light responsive NF-codoped TiO2 photocatalysts for the degradation of 4-chlorophenol
CN104174408B (zh) 一种具有可见光响应的铬铁钒酸盐光催化材料及其制备方法和应用
CN104741104B (zh) 一种三价钛自掺杂锐钛矿二氧化钛纳米晶的制备方法
CN104511293A (zh) 一种氯氧化铋-钛酸铁铋复合光催化剂及其制备方法
CN108686665A (zh) 一种纳米棒铁酸锌原位复合片层二氧化钛光催化材料的制备方法
Xie et al. Functions of boric acid in fabricating TiO2 for photocatalytic degradation of organic contaminants and hydrogen evolution
CN104646003A (zh) Nd3-xCoxNbO7-硅锌分子筛复合多孔纳米催化材料的制备及应用
CN104828865B (zh) 一种黑色单一板钛矿相二氧化钛的制备方法
CN103736480B (zh) 一种用作光催化材料的四角星形钒酸铋及其制备方法
CN105032397A (zh) 一种利用淀粉自蔓延燃烧合成钒酸铋光催化剂的方法
CN105536843A (zh) 高可见光电子转移g-C3N4/Au/TiO2类Z型光催化剂的制备方法
CN102553619A (zh) 可见光催化剂Bi3O4Br及其制备方法
Chen et al. Synthesis of halloysite nanotubes supported Bi-modified BaSnO3 photocatalysts for the enhanced degradation of methylene blue under visible light
CN100400606C (zh) 热液法低温制备锐钛矿型二氧化钛分散液的方法
CN103506104B (zh) 玻璃片载体上碳掺杂TiO2可见光响应催化膜及其制备方法
Liu et al. Optimal monolayer WO3 nanosheets/TiO2 heterostructure and its photocatalytic performance under solar light
Luan et al. Property characterization and photocatalytic activity evaluation of BiGdO3 nanoparticles under visible light irradiation
CN105688923A (zh) 一种新型可见光响应的光催化剂Li3Ni2NbO6的制备方法及应用
CN106048722B (zh) 一种从含钛废液中回收暴露(001)晶面TiO2的方法
CN105214637B (zh) 一种钛酸硅酸铯光催化剂及其制备方法和应用
Xue et al. Construction of Cu 2+-doped CeO 2 nanocrystals hierarchical hollow structure and its enhanced photocatalytic performance
CN106179431B (zh) 一种锌钛复合金属氧化物及其制备和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160629

Termination date: 20200326