一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料、制备方法及其应用

本发明涉及光催化材料，具体涉及一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料、制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着工业化、城市化进程的加快，全世界面临着水资源短缺、污染严重的挑战，水污染处理已经成为当前环保治理的重点问题。而传统的污水处理效率低、成本高，使得污水治理受到一定的限制。

2、光催化氧化技术可以在温和条件下直接利用太阳能去除水中多种环境污染物，同时该技术具有低耗、环保、便捷等先天优势。作为该技术的核心环节，催化剂材料的性质直接影响光生载流子的分离效率，决定着污染物的去除能力。综合催化活性、生产成本、对环境安全影响以及环境稳定性等多方面因素考虑，二氧化钛依然是目前最具大规模工业应用前景的光催化材料之一。然而，难以利用可见光以及光生电荷分离效率低等弊端始终阻碍其发展。

3、光催化剂的暴露晶面和缺陷态对光催化性能至关重要，不同晶面的空位具有不同的配位不饱和键，它可以有效地调整材料的微观结构进而影响材料光催化性能。

4、鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的二氧化钛材料难以利用可见光以及光生电荷分离效率低的问题，提供了一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料、制备方法及其应用。

2、为了实现上述目的，本发明公开了一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1，将钛酸四丁酯、去离子水、无水乙醇搅拌均匀，反应；

4、s2，待步骤s1中的反应结束，冷却至室温后，收集白色产物，用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥、研磨后得到主暴露{101}晶面的二氧化钛材料；

5、s3，将步骤s3中得到的主暴露{101}晶面的二氧化钛材料分散于聚乙烯吡洛烷酮溶液中，搅拌反应，反应结束后离心分离，得到的固体用去离子水和无水乙醇清洗，除去多余的聚乙烯吡洛烷酮分子，干燥、研磨后得到富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料。

6、所述步骤s1中钛酸四丁酯、去离子水、无水乙醇的体积比为1:1:3，搅拌时间为1h。

7、所述步骤s1中反应的温度为180℃，反应时间为6h。

8、所述步骤s2中干燥温度为60℃。

9、所述步骤s3中主暴露{101}晶面的二氧化钛材料的用量为0.25g，聚乙烯吡洛烷酮溶液的浓度为10g/l，用量为100ml。

10、所述聚乙烯吡洛烷酮溶液配制过程如下：称取1g的聚乙烯吡洛烷酮溶解于100ml的去离子水中。

11、所述步骤s3中搅拌反应的反应温度为90℃，时间为4h。

12、所述步骤s3中干燥温度为60℃。

13、二氧化钛作光催化剂时都有光吸收范围窄，量子效率较低，光生载流子寿命短的问题。本发明在主暴露{101}晶面的二氧化钛上引入氧空位，利用氧空位调节能带结构、促进电荷分离和活化氧气分子，晶面效应降低活性氧生成和转化的热力学能垒方面的作用，提高了光催化性能。

14、本发明还公开了采用上述制备方法制得的富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料以及这种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料罗丹明b或磺胺降解中的应用。

15、与现有技术比较本发明的有益效果在于：

16、1、本发明先采用水热生长法制备主暴露{101}晶面的二氧化钛材料，然后通过pvp水热还原法在主暴露{101}晶面的二氧化钛上引入氧空位，整个过程工艺简单，易于操作，可重复性高，且制备的材料稳定性好，物理化学状态稳定，对其他光催化剂的制备以及晶面工程、缺陷工程改性具有借鉴意义；

17、2、本发明通过制备材料对罗丹明b和磺胺的降解说明所得富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料具有优异的光催化性能。

技术特征：

1.一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中钛酸四丁酯、去离子水、无水乙醇的体积比为1:1:3，搅拌时间为1h。

3.如权利要求1所述的一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中反应的温度为180℃，反应时间为6h。

4.如权利要求1所述的一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中干燥温度为60℃。

5.如权利要求1所述的一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中主暴露{101}晶面的二氧化钛材料的用量为0.25g，聚乙烯吡洛烷酮溶液的浓度为10g/l，用量为100ml。

6.如权利要求5所述的一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡洛烷酮溶液配制过程如下：称取1g的聚乙烯吡洛烷酮溶解于100ml的去离子水中。

7.如权利要求1所述的一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中搅拌反应的反应温度为90℃，时间为4h。

8.如权利要求1所述的一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中干燥温度为60℃。

9.一种采用如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料。

10.一种如权利要求9所述的富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料在罗丹明b或磺胺降解中的应用。

技术总结
本发明涉及光催化材料技术领域，具体涉及一种富氧空位的主暴露{101}晶面二氧化钛材料、制备方法及其应用，首先，以钛酸四丁酯为钛源，无水乙醇和去离子水为溶剂，通过水热反应得到主暴露晶面为{101}的二氧化钛材料。最后将之置于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的水溶液中水浴加热数小时，即可得到富氧空位‑主暴露{101}晶面二氧化钛。本发明的原材料价格低廉，工艺简单，易于推广。制备出的富氧空位‑主暴露{101}晶面二氧化钛比单纯的二氧化钛材料有着更优异的光催化性能。

技术研发人员：郭盛祺,马晓佳
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12