一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法与流程

本发明属于光催化剂技术领域，涉及一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法。

背景技术：

光催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术，其主要是利用半导体氧化物材料在光照的条件下表面能受激活化的特性，可有效地氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味，在废水处理、气体净化等许多领域有着广泛的应用。

二氧化钛(tio2)因为它的价廉、易得、无毒无害、高的化学稳定性、强的抗光腐蚀性等优点，成为了到目前为止研究最为广泛也最深入的一种半导体光催化剂。但是较高的光生电子空穴复合效率是影响二氧化钛应用的一个重要因素。为解决这个问题，我们在二氧化钛暴露晶面研究的基础上，引入以同质结为基础构筑复合材料的思路，解释复合结构光电协同增强机制，从而有效的降低二氧化钛复合材料材料的电子空穴复合效率从而提升其光电性能及其在太阳光作用下的实际。所以我们尝试利用晶面效应或晶面的对称性在二氧化钛特定晶面上选择性构筑纳米结构形成同质结，这对全面认识晶面效应和提高光催化性能具有重要的科学意义和实用价值。因此有必要提供一种简单且成本低的二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法，制备方法工艺简单、成本低。

本发明所采用的技术方案是，一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，二氧化钛纳米带的制备：将一定量的二氧化钛p25分散于一定量的naoh溶液中，充分搅拌，然后在160～200℃进行水热反应12～24h，然后进行离心洗涤、干燥得到二氧化钛纳米带；

步骤2，称取一定量步骤1中制得的二氧化钛纳米带分散于一定量的乙二醇和氢氧化钠混合溶液中，超声分散，得到二氧化钛悬浮液，再量取一定量的钛酸丁酯加入到二氧化钛悬浮液中，搅拌10～20min，得到反应溶液；

步骤3，将步骤2得到的反应溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160～200℃条件下水热反应10～12h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，将步骤3得到的白色沉淀物依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，然后置于60～80℃真空干燥箱中干燥10～12h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂。

本发明的特点还在于，

步骤1中的二氧化钛p25的质量与naoh溶液的体积比为0.1～0.5g：50～100ml；

步骤1中的naoh溶液浓度为5～10m。

步骤2的二氧化钛纳米带的质量与乙二醇和氢氧化钠混合溶液体积比为0.1～0.5g：25～75ml。

步骤2中给二氧化钛悬浮液中加入钛酸丁酯的浓度为99％，体积为0.1～1ml。

乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得。

本发明的有益效果是，本发明所采用的工艺方法简单，成本低，适合于大规模生产，且所使用的p25和钛酸丁酯等原料易得，无污染。实验周期短，便于操作，能耗低，极具工业化前景。本发明所制备的产品颗粒尺寸均一，形貌规整，并且二氧化钛同质结纳米光催化剂具有较高的光催化反应效率。

附图说明

图1是本发明一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法实施例1所制备的二氧化钛同质结纳米光催化剂x射线衍射图谱；

图2是本发明一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法实施例2所制备的二氧化钛同质结纳米光催化剂扫描电镜照片；

图3是本发明一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法实施例3所制备的二氧化钛同质结纳米光催化剂透射照片；

图4是本发明一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法实施例4所制备的二氧化钛同质结纳米光催化剂循环伏安曲线照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的一种二氧化钛同质结纳米光催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，二氧化钛纳米带的制备：将0.1～0.5g的二氧化钛p25分散于50～100ml浓度为5～10mnaoh溶液中，充分搅拌，然后在160～200℃进行水热反应12～24h，然后进行离心洗涤、干燥得到二氧化钛纳米带；

步骤2，称取0.1～0.5g步骤1中制得的二氧化钛纳米带分散于25～75ml乙二醇和氢氧化钠混合溶液中，超声分散，得到二氧化钛悬浮液，再量取0.1～1ml，浓度为99％的钛酸丁酯加入到二氧化钛悬浮液中，搅拌10～20min，得到反应溶液；其中，乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得；

步骤3，将步骤2得到的反应溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160～200℃条件下水热反应10～12h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，将步骤3得到的白色沉淀物依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，然后置于60～80℃真空干燥箱中干燥10～12h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂。

实施例1

步骤1，称取0.1gp25加入到50ml浓度为5mnaoh溶液中，磁力搅拌10min，将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃条件下传统水热12h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀，收集沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，于空气中60℃干燥12h，得到二氧化钛纳米带；

步骤2，称取所制得的二氧化钛纳米带粉体0.1g分散于25ml氢氧化钠和乙二醇的混合溶液中，超声分散10min，得到二氧化钛悬浮液，再量取0.1ml浓度为99％的钛酸丁酯加入到得到的二氧化钛悬浮液中，搅拌10min，得到反应溶液；其中，乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得；

步骤3，然后将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃条件下传统水热10h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，收集白色沉淀并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，置于真空干燥箱中60℃干燥10h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂。

如图1所示，为实施例1所制备的二氧化钛纳米带和同质结纳米光催化剂的xrd图谱，从图中可以看出，复合材料的xrd图谱中的所有衍射峰均与二氧化钛的标准衍射峰相对应，未出现任何杂质的衍射峰。

实施例2

步骤1，称取0.5gp25加入到100ml浓度为10mnaoh溶液中，磁力搅拌10min，将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃条件下传统水热24h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀，收集沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，于空气中60℃干燥12h，得到二氧化钛纳米带；

步骤2，称取所制得的二氧化钛纳米带粉体0.5g分散于75ml氢氧化钠和乙二醇的混合溶液中，超声分散10min，得到二氧化钛悬浮液。再量取1ml浓度为99％的钛酸丁酯加入到得到的二氧化钛悬浮液中，搅拌10min，得到反应溶液；其中，乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得；

步骤3，然后将所得反应溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃条件下传统水热12h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，收集白色沉淀并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，置于真空干燥箱中80℃干燥12h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂。

如图2所示，实施例2所制备的二氧化钛同质结纳米光催化剂尺寸均一，均为一维带状，宽度为200nm～500nm，长度为几微米，形貌规整。

实施例3

步骤1，称取0.25gp25加入到50ml浓度为5mnaoh溶液中，磁力搅拌20min，将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180℃条件下传统水热18h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀，收集沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，于空气中60℃干燥20h，得到二氧化钛纳米带；

步骤2，称取所制得的二氧化钛纳米带粉体0.5g分散于50ml氢氧化钠和乙二醇的混合溶液中，超声分散10min，得到二氧化钛悬浮液。再量取0.5ml浓度为99％的钛酸丁酯加入到得到的二氧化钛悬浮液中，搅拌10min，得到反应溶液；其中，乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得；

步骤3，然后将所得反应溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180℃条件下传统水热10h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，收集白色沉淀并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，置于真空干燥箱中80℃干燥12h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂，

如图3所示，从图中可明显看出复合光催化剂材料尺寸均一，形貌规整。

实施例4

步骤1，称取0.2gp25加入到75ml浓度为10m的naoh溶液中，磁力搅拌20min，将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃条件下传统水热24h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀，收集沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，于空气中60℃干燥10h，得到二氧化钛纳米带。

步骤2，称取所制得的二氧化钛纳米带粉体0.3g分散于50ml氢氧化钠和乙二醇的混合溶液中，超声分散10min，得到二氧化钛悬浮液。再量取1ml钛酸丁酯加入到得到的二氧化钛悬浮液中，搅拌10min，得到反应液；其中，乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得；

步骤3，然后将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃条件下传统水热10h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，收集白色沉淀并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，置于真空干燥箱中60℃干燥10h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂。

如图4所示，从图4中明显可以看出复合光催化剂材料具有优异的污染物降解性能。

实施例5

步骤1，称取0.2gp25加入到75ml浓度为5m的naoh溶液中，磁力搅拌10min，将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在170℃条件下传统水热24h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀，收集沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，于空气中60℃干燥20h，得到二氧化钛纳米带。

步骤2，称取所制得的二氧化钛纳米带粉体0.4g分散于50ml氢氧化钠和乙二醇的混合溶液中，超声分散10min，得到二氧化钛悬浮液。再量取0.25ml钛酸丁酯加入到得到的二氧化钛悬浮液中，搅拌10min，得到反应溶液；其中，乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得；

步骤3，然后将所得反应溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃条件下传统水热12h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，收集白色沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，置于真空干燥箱中70℃干燥11h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂。

实施例6

步骤1，称取0.3gp25加入到50ml浓度为10m的naoh溶液中，磁力搅拌10min，将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃条件下传统水热12h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀，收集沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，于空气中60℃干燥10h，得到二氧化钛纳米带。

步骤2，称取所制得的二氧化钛纳米带粉体0.3g分散于50ml氢氧化钠和乙二醇的混合溶液中，超声分散10min，得到二氧化钛悬浮液。再量取0.2ml浓度为99％的钛酸丁酯加入到得到的二氧化钛悬浮液中，搅拌15min，得到反应溶液；其中，乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得；

步骤3，然后将所得反应溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃条件下传统水热11h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，收集白色沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，置于真空干燥箱中70℃干燥12h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂。

实施例7

步骤1，称取0.25gp25加入到75ml浓度为7m的naoh溶液中，磁力搅拌10min，将所得溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃条件下传统水热12h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀，收集沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，于空气中60℃干燥10h，得到二氧化钛纳米带。

步骤2，称取所制得的二氧化钛纳米带粉体0.3g分散于50ml氢氧化钠和乙二醇的混合溶液中，超声分散10min，得到二氧化钛悬浮液。再量取0.2ml浓度为99％的钛酸丁酯加入到得到的二氧化钛悬浮液中，搅拌20min，得到反应溶液；其中，乙二醇和氢氧化钠混合溶液由浓度为99％的乙二醇溶液和浓度为1m的氢氧化钠溶液按照体积比为1：1混合制得；

步骤3，然后将所得反应溶液转移至带聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃条件下传统水热11h，反应结束后自然冷却至室温，得到白色沉淀；

步骤4，收集白色沉淀产物并依次用去离子水、无水乙醇离心洗涤，置于真空干燥箱中70℃干燥12h，得到二氧化钛同质结纳米光催化剂。