CN105776326A - 一种由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体的制备方法及所得产品 - Google Patents

一种由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体的制备方法及所得产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体的制备方法及利用该方法制备得到的产品,其制备过程分为两步:第一步,将一定量的钛源与辛醇混合搅拌得到均匀溶液,然后在上述溶液中滴加一定量的氢氟酸,搅拌均匀后转移至反应釜在烘箱中加热处理,通过控制反应温度、反应时间等可以得到由六棱柱组成的前驱体多面体;第二步,将得到的二氧化钛前驱体产物在马弗炉中煅烧,通过调节不同的煅烧温度,得到由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体。本发明制备过程简单,所得产物形貌新颖,在光催化降解有机污染物及太阳能电池等应用领域具有广阔的前景。

Description

一种由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体的制备方法及所得产品
技术领域
本发明涉及一种空心六棱柱组成的二氧化钛多面体及其制备方法,属于光催化材料技术领域。
背景技术
目前,环境污染与能源短缺成为人们共同关注的问题。以半导体为催化剂的光催化技术近年来成为一种有效的治理环境污染和高效利用太阳能的有效途径。二氧化钛作为一种半导体光催化剂材料,由于其具有安全无毒、生产成本低、耐酸碱腐蚀、化学稳定性高、成本低廉等优点被广泛应用于光催化降解有机污染物领域。目前,多种多样形貌的二氧化钛已被合成出来,例如:纳米片、纳米棒、纳米线、纳米管和微纳米球等。大量的研究表明二氧化钛的光催化性能很大程度上取决于其微观形貌,因此制备具有特殊微观形貌的二氧化钛微纳米材料对提高降解有机污染物的性能具有很大的意义。人们通常采用模板法制备新颖形貌的二氧化钛。例如以碳球,聚苯乙烯球等作为模板,通过煅烧或者蚀刻去除内部模板,获得空心结构二氧化钛球。但该方法存在成本高,形貌的可控性差,工艺复杂等缺点,使其在合成二氧化钛中受到了极大的限制。因此利用简单、可重复性好、低成本的方法合成形貌新颖的二氧化钛仍是个巨大的挑战。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体的制备方法,该方法制备的二氧化钛形貌新颖,比表面积大,性能优异。
本发明的制备方法简单,重复性好,可控性好,有效的克服了模板法工艺复杂、成本高、形貌可控性差的缺陷。
本发明利用醇、钛前驱体、诱导剂,经过溶剂热反应及煅烧两步制备出空心六棱柱组成的多面体二氧化钛,该方法不使用模板,制备的样品形貌新颖,比表面积大,形貌可控性强,具有很强的实用性,在光催化性能、光解水方面以及太阳能电池具有潜在的应用。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为:
本发明提供了一种由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体的制备方法,包括以下步骤:
(1)在辛醇中加入钛酸四丁酯,搅拌均匀,然后逐滴加入氢氟酸,搅拌均匀后转移至反应釜中进行溶剂热反应,反应后洗涤得到二氧化钛的前驱体;
(2)将二氧化钛前驱体在马弗炉中进行煅烧,得到由空心的六棱柱组成的二氧化钛多面体。
进一步的,上述方法步骤(1)中,所述辛醇和钛酸四丁酯的体积比为25:2。
进一步的,上述方法步骤(1)中,所述氢氟酸同钛酸四丁酯的体积比为05-0.6:1。
上述方法步骤(1)中,所述溶剂热反应的温度为100-200℃,溶剂热反应的时间为1-40h。
进一步的,上述方法步骤(2)中,所述二氧化钛前驱体在500-800℃下保温煅烧2~4h。
所述方法中,煅烧时的以升温速率为1~5℃/min升温至500-800℃。
进一步的,所述二氧化钛前驱体是由边长为400-800nm的六棱柱组成。
按照上述的制备方法制备得到的由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体也在本发明的保护范围之内。
本发明利用溶剂热反应结合煅烧相结合的方法制备出尺寸可调的二氧化钛多面体,通过合理的调控溶剂的种类、反应各组分的含量、反应温度、反应时间以及煅烧温度,对空心六棱柱组成的多面体二氧化钛的表面形貌进行调整,有效的控制纳米材料的生长过程,最终得到形貌规则、尺寸分布范围窄的纳米材料。
本发明的优点为:
1.本发明制备所得的空心六棱柱组成的多面体二氧化钛形貌独特新颖,比表面积大,尺寸分布范围窄、粒径可调,为降解有机物提供了更多的活性位点,有利于提高光催化性能,在光催化降解有机污染物及太阳能电池等应用领域具有广阔的应用前景。
2.制备工艺简单可控,产物微观形貌重复性好,对于空心六棱柱组成的多面体二氧化钛的表面状态的调整可操作性强,适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1合成的空心六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体与煅烧后二氧化钛的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为本发明实施例1合成的六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体扫描电镜(SEM)图。
图3为本发明实施例1合成的空心六棱柱组成的多面体二氧化钛扫描电镜(SEM)图。
图4为本发明实施例2合成的六棱柱组成的多面体二氧化钛的扫描电镜(SEM)图。
图5为本发明实施例5合成的六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体扫描电镜(SEM)图。
图6为本发明实施例6合成的六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体扫描电镜(SEM)图。
图7为本发明实施例9合成的六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体扫描电镜(SEM)图。
图8为本发明实施例10合成的六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述,应该明白的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。
实施例1
1.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
1.2将1mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
1.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于160°C的条件下反应10h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体;
1.4将该前驱体于马弗炉中650°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛。图1中含该实施例所得样品的X射线衍射图谱,图2为所得前驱体的扫面电镜图片,图3为煅烧后二氧化钛的扫面电镜图片。从图1中可以看出,所得产品为钛醇盐。从图2中所得前驱体的扫描电镜图片看出,该前驱体由边长为500nm的六棱柱组成的多面体。从图3煅烧后二氧化钛的扫描电镜图片可以看出,煅烧后得到空心的六棱柱组成的多面体二氧化钛。
实施例2
2.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
2.2将1.2mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
2.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于160°C的条件下反应10h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体。
2.4将该前驱体于马弗炉中550°C以1°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛多面体。图4为二氧化钛多面体的扫描电镜图片,从图4煅烧后二氧化钛的扫描电镜图片可以看出,煅烧后得到空心的六棱柱组成的二氧化钛多面体。
实施例3
3.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
3.2将1.1mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
3.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于160°C的条件下反应10h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得边长为400nm六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体;
3.4将该前驱体于马弗炉中800°C以1°C/min的速率煅烧4h后所得到产物为二氧化钛多面体。
实施例4
4.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
4.2将1.1mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
4.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于100°C的条件下反应40h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体;
4.4将该前驱体于马弗炉中500°C以5°C/min的速率煅烧3h后所得到产物为二氧化钛多面体。
实施例5
5.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
5.2将1.2mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
5.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于120°C的条件下反应20h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体。从图5所得前驱体的扫描电镜图片看出,该前驱体由边长为600nm的六棱柱组成的多面体;
5.4将该前驱体于马弗炉中600°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛多面体。
实施例6
6.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
6.2将1.0mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
6.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于140°C的条件下反应20h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体。从图6为所得前驱体的扫面电镜图片看出,该前驱体由边长为500nm的六棱柱组成的多面体;
6.4将该前驱体于马弗炉中650°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛多面体。
实施例7
7.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
7.2将1mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
7.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于200°C的条件下反应2h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得边长为800nm六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体;
7.4将该前驱体于马弗炉中600°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛。
实施例8
8.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
8.2将1.1mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
8.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于160°C的条件下反应10h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体;
8.4将该前驱体于马弗炉中800°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛。
实施例9
9.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
9.2将1.1mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
9.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于160°C的条件下反应1h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体。从图7所得前驱体的扫描电镜图片看出,该前驱体由边长为500nm的六棱柱组成的多面体;
9.4将该前驱体于马弗炉中550°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛。
实施例10
10.1将25mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
10.2将1.1mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
10.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于160°C的条件下反应5h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得六棱柱组成的多面体二氧化钛的前驱体。从图8所得前驱体的扫描电镜图片看出,该前驱体由边长为500nm的六棱柱组成的多面体;
10.4将该前驱体于马弗炉中650°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛。
对比例1
1.1将25.5mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
1.2将1.3mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
1.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于160°C的条件下反应10h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得二氧化钛的前驱体。
1.4将该前驱体于马弗炉中650°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛,得到的二氧化钛尺寸分布范围大,具有团聚现象,且不再具有六棱柱的形貌结构,各组分的体积比对产品形貌的控制及生长具有较大影响。
对比例2
2.1将24.5mL辛醇在搅拌条件下缓慢加入2mL的钛酸四丁酯,搅拌均匀得混合溶液;
2.2将0.9mL的氢氟酸逐滴加入到上述混合溶液中,充分搅拌均匀;
2.3将上述搅拌均匀后的溶液转移到反应釜中,于160°C的条件下反应10h,待反应结束后,经过离心分离洗涤,即得二氧化钛的前驱体。
2.4将该前驱体于马弗炉中650°C以2°C/min的速率煅烧2h后所得到产物为二氧化钛,得到的二氧化钛尺寸分布范围大,分散性差,且不再具有六棱柱的形貌结构,各组分的体积比对产品形貌的控制及生长具有较大影响。

Claims (9)

1.一种由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在辛醇中加入钛酸四丁酯,搅拌均匀,然后逐滴加入氢氟酸,搅拌均匀后转移至反应釜中进行溶剂热反应,反应后洗涤得到二氧化钛的前驱体;
(2)将二氧化钛前驱体在马弗炉中进行煅烧,得到由空心的六棱柱组成的二氧化钛多面体。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述辛醇和钛酸四丁酯的体积比为25:2。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述氢氟酸同钛酸四丁酯的体积比为05-0.6:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述溶剂热反应的温度为100-200℃。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,所述溶剂热反应的时间为1-40h。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,所述二氧化钛前驱体在500-800℃下保温煅烧2~4h。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法,其特征在于:所述煅烧时的升温速率为1~5℃/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述二氧化钛前驱体是由边长为400-800nm的六棱柱组成。
9.按照权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的由空心六棱柱组成的二氧化钛多面体。
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