CN107500350A - 一种暴露001晶面的锐钛矿TiO2及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种暴露001晶面的锐钛矿TiO2及其制备方法。本发明是将钛酸酯在三氟乙酸水溶液中进行水解，干燥得到干凝胶。然后，将干凝胶在高温下煅烧即可得到暴露001晶面锐钛矿TiO2。本发明所述的制备方法操作简单、成本低廉，所制得的暴露001晶面的锐钛矿TiO2的结晶度高、001晶面比例可控，是一种具备大规模商业生产暴露001晶面的锐钛矿TiO2的制备方法。

Description

一种暴露001晶面的锐钛矿TiO2及其制备方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料制备领域，特别涉及一种暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2及其制备方法。
背景技术
自从1972年日本学者发现TiO2光解水以来，TiO2作为一种化学性质稳定、光催化活性高的半导体光催化剂得到了广泛的研究。一般来说，TiO2晶体存在四种晶面，即(101)面、(100)面、(010)面和(001)面。由于(001)面具有更多的未配位原子以及更高的表面能，使得(001)面是最具反应活性的高能晶面。研究发现，不同晶面间可以构成表面异质结结构，光生电子易于向(101)面迁移，而光生空穴则在(001)面富集，可大大提高光生电子和空穴对的有效分离，进而促进了光催化活性的提高(J.Phys.Chem.Lett.2013,4：3910-3917)。通常制备的TiO2晶体中，(101)面所占比例大多在90％以上，(001)面所占比例很低，因此如何得到高比例的(001)活性晶面仍是一个挑战。Yang等人最早报道了利用HF作为形貌控制剂，制备了(001)面比例约为47％的锐钛矿TiO2(Nature 2008,453：638-641)，在其后续工作中利用异丙醇和HF共同做形貌控制剂，将(001)面对比例提高到64％(J Am Chem Soc 2009,131(11),4078-4083)。到目前为止，制备高比例暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2大多数采用HF或含氟盐，例如TiF4、NH4HF2、NH4F以及BF4-基离子液体等，这些物质都具有强毒性或强腐蚀性，且所采用的高温水热方法操作困难，耗能高，较难大规模商品化生产。
本发明利用二氧化钛干凝胶为前驱体，采用简单的高温煅烧制备工艺，即可得到高比例暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，操作简便，成本低廉，具有大规模商品化生产前景。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种比例可控的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2。
本发明的另一目的是提供一种所需设备简单、原料易得、适用于大规模商业生产的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2的制备方法。
本发明的一种暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2及其制备方法，其特征是晶粒尺寸为50～200nm，(001)晶面的比例为20％～90％。
本发明一种暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2及其制备方法是将钛酸酯加入到三氟乙酸水溶液中进行水解，室温搅拌，将得到的产物用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到可溶性干凝胶。然后，将得到的干凝胶放入马弗炉高温煅烧，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2。
本发明所述的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将钛酸酯加入到三氟乙酸水溶液中，室温搅拌，将得到的产物用旋转蒸发仪蒸干，得到二氧化钛干凝胶；
(2)将二氧化钛干凝胶至于马弗炉中高温煅烧，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2。
本发明的一个优选技术方案中，所述的钛酸酯选自钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯中的一种或几种。
本发明的另一个优选技术方案中，所述的三氟乙酸水溶液的质量浓度为5％～95％。
本发明的另又一个优选技术方案中，钛酸酯与三氟乙酸的摩尔比为1：0.5～10。
本发明的另又一个优选技术方案中，所述的高温煅烧温度为350℃～750℃，煅烧时间为0.5～10h。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，但需要指出的是以下实施例只是用于对本发明作进一步说明，不能理解为是对本发明所请求保护范围的限制。
附图说明
图1.是本发明实施例1所制备的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2的扫描电子显微镜照片。
图2.是本发明实施例2所制备的暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2的X-射线衍射图。
具体实施方式
实施例1
(1)将10ml钛酸四正丁酯加入到3.4ml质量浓度为50％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中钛酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：0.5，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到干凝胶。
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，650℃煅烧2h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为57％，粒径尺寸为70nm。如图1所示。
实施例2
(1)将10ml钛酸四异丙酯加入到13.6ml质量浓度为75％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中钛酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：3，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到干凝胶。
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，350℃煅烧10h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为20％，粒径尺寸为150nm。如图2所示。
实施例3
(1)将10ml钛酸四正丁酯加入到3.4ml质量浓度为95％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：1.2，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液直接在空气中室温干燥，除去可挥发性副产物，得到干凝胶。
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，550℃煅烧2h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为60％，粒径尺寸为50nm。
实施例4
(1)将10ml钛酸四正丁酯加入到3.4ml质量浓度为50％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中钛酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：0.5，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到可溶性干凝胶；
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，500℃煅烧5h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为65％，粒径尺寸为60nm。
实施例5
(1)将10ml钛酸四正丁酯加入到68ml质量浓度为50％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中钛酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：10，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到干凝胶。
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，750℃煅烧7h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为45％，粒径尺寸为200nm。
实施例6
(1)将10ml钛酸四正丁酯加入到3.4ml质量浓度为60％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中钛酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：0.6，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到干凝胶；
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，450℃煅烧0.5h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为20％，粒径尺寸为50nm。
实施例7
(1)将10ml钛酸四乙酯加入到3.4ml质量浓度为80％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中钛酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：0.8，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到干凝胶；
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，550℃煅烧5h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为35％，粒径尺寸为65nm。
实施例8
(1)将10ml钛酸四异丙酯加入到6.8ml质量浓度为90％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中钛酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：1.8，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到干凝胶；
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，650℃煅烧8h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为90％，粒径尺寸为110nm。
实施例9
(1)将10ml钛酸四正丁酯加入到3.4ml质量浓度为75％的三氟乙酸溶液中进行水解，其中钛酸四正丁酯：三氟乙酸的摩尔比为1：0.75，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到干凝胶；
(2)将步骤(1)得到的干凝胶放在坩埚中，专业至马弗炉中，700℃煅烧2h。自然冷却至室温，即可得到暴露(001)晶面的锐钛矿TiO2，(001)晶面的比例为70％，粒径尺寸为100nm。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方案，但本发明并不限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种暴露001晶面的锐钛矿TiO2，其特征是晶粒尺寸为50～200nm，001晶面的比例为20％～90％。
2.一种暴露001晶面的锐钛矿TiO2的制备方法，其特征包括以下步骤：
(1)将钛酸酯加入到三氟乙酸水溶液中，室温剧烈搅拌1小时后，将得到的黄褐色溶液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，除去可挥发性副产物，得到干凝胶。
(2)将二氧化钛干凝胶置于马弗炉中高温煅烧，即可得到暴露001晶面的锐钛矿TiO2。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述的钛酸酯选自钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述的三氟乙酸水溶液的质量浓度为5％～95％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：钛酸酯与三氟乙酸的摩尔比为1：0.5～10。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是：所述的高温煅烧温度为350℃～750℃，煅烧时间为0.5～10h。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108339542A (zh) * 2018-03-07 2018-07-31 首都师范大学 一种蓝色二氧化钛的制备方法
CN113830824A (zh) * 2021-10-19 2021-12-24 华中科技大学 微波合成制备高暴露率锐钛矿{001}面的方法、产品及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102674451A (zh) * 2012-05-22 2012-09-19 哈尔滨工业大学 一种{001}面暴露二氧化钛纳米晶的制备方法
JP2013211112A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Toyota Industries Corp 蓄電デバイス用負極活物質及びその製造方法、蓄電デバイス並びに車両
CN106082321A (zh) * 2016-06-24 2016-11-09 中国科学院长春应用化学研究所 暴露可控高活性晶面的锐钛型二氧化钛纳米材料及其制备方法和应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013211112A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Toyota Industries Corp 蓄電デバイス用負極活物質及びその製造方法、蓄電デバイス並びに車両
CN102674451A (zh) * 2012-05-22 2012-09-19 哈尔滨工业大学 一种{001}面暴露二氧化钛纳米晶的制备方法
CN106082321A (zh) * 2016-06-24 2016-11-09 中国科学院长春应用化学研究所 暴露可控高活性晶面的锐钛型二氧化钛纳米材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
万建风: ""具有高活性（001）晶面的TiO2纳米方块的制备及其光催化性能"", 《无机材料学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108339542A (zh) * 2018-03-07 2018-07-31 首都师范大学 一种蓝色二氧化钛的制备方法
CN108339542B (zh) * 2018-03-07 2020-08-14 首都师范大学 一种蓝色二氧化钛的制备方法
CN113830824A (zh) * 2021-10-19 2021-12-24 华中科技大学 微波合成制备高暴露率锐钛矿{001}面的方法、产品及应用

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