本发明专利技术公开了一种锐钛矿结构的高光催化活性纳米ＴｉＯ↓［２］的制备方法，包括下述步骤：（１）称取钛金属有机化合物或钛的无机盐溶于冰醋酸制成混合液，将混合液溶于无水乙醇中，得到溶液１；（２）选取二种或三种模板剂，溶解于无水乙醇，得到溶液２；（３）将溶液１和溶液２混合，加入蒸馏水，搅拌，得到澄清溶液，静置２～５天，形成凝胶，干燥；（４）将干燥物煅烧去除模板剂，得到锐钛矿结构的高光催化活性纳米ＴｉＯ↓［２］，用本发明专利技术的方法制备的锐钛矿结构的高光催化活性纳米ＴｉＯ↓［２］其粒径小于Ｐ－２５，比表面积大于Ｐ－２５，具有比Ｐ－２５高的光催化活性，可以广泛应用于光催化、敏化太阳能电池等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于太阳能电池、光催化剂领域。特别是涉及一种纳米材料的制备方法。
技术介绍
纳米TiO2作为重要的半导体材料以其光催化活性高、化学性质稳定、无毒等优点被广泛应用于光催化、太阳能电池等领域。锐钛矿和金红石结构的纳米二氧化钛材料是目前应用较为广泛的纳米材料，其中锐钛矿纳米二氧化钛具有高光催化活性，用于催化降解有机污染物或者传递太阳能系统中的光催化剂。目前制备纳米二氧化钛的方法很多，常用的有溶胶-凝胶法，水热法，溶剂热法等。其中模板法在制备不同表面积和结晶度的纳米氧化物中起重要作用，我们利用单模板剂也制备出具有优良性能的纳米TiO2，然而对于单模版剂制备过程来说，其控制水平单调，不能兼顾控制晶体形貌和结构和使制备的纳米材料同时具有高的结晶度和大的比表面积。目前关于制备高光催化活性的二氧化钛材料的报道较少，美国专利20080045410报道了一种参杂磷制备高光催化活性纳米二氧化钛的方法，通过参杂磷来得到高光催化活性材料，而且过程需要750℃下煅烧16小时，制备工艺条件要求较高。目前最常用的商业化纳米二氧化钛为P-25，P-25为金红石和锐钛矿的混晶，晶粒较大为20nm，比表面积较小，为50m2·g-1，用作光催化剂时存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2的制备方法。本专利技术的技术方案概述如下：一种锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2的制备方法，包括下述步骤：(1)按质量比为1∶2～4的比例称取钛金属有机化合物或钛的无机盐溶于冰醋酸制成混合液，按照体积比为1∶0.8～1.5的比例将所述混合液溶于无水乙醇中，得到溶液1；(2)按摩尔比为1∶1～6或1∶1～5∶1～4的比例选取二种或三种模板剂，溶解于无水乙醇，所述模板剂与所述无水乙醇的质量比为1∶5～15，得到溶液2，所述模板剂为聚合物类、铵类或胺类；(3)按体积比为1∶0.5～2的比例将溶液1和溶液2混合，加入溶液1和溶液2混合液体积的1/30～1/20的蒸馏水，搅拌10～48小时，得到澄清溶液，在60～120℃静置2～5天，形成凝胶，在50～90℃干燥12～48小时；(4)将干燥物于350～600℃煅烧1～5个小时去除模板剂，得到白色固体粉末，即锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2。-->所述钛金属有机化合物为钛酸四丁酯、钛酸四异丙醇酯、四甲氧基钛、四乙氧基钛或四丙氧基钛。所述钛的无机盐为TiCl3、TiCl4、TiO(NO3)2、TiOSO4或H2TiF6。所述聚合物类为聚乙二醇、聚乙二醇-聚丙三醇-聚乙二醇三嵌段聚合物或环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷三嵌段共聚物。所述铵类为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基溴化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵。所述胺类为三乙烯二胺、正丙胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙二胺或二乙胺。用本专利技术的方法制备的锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2其粒径小于P-25，比表面积大于P-25，具有比P-25高的光催化活性，可以广泛应用于光催化、敏化太阳能电池等领域。附图说明图1为检验样品光催化活性的装置示意图；图2为本专利技术实施例1至实施例3制备的锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2与常规手段制备的TiO2，以及商业品纳米二氧化钛的光催化活性比较图；图3为实施例1至实施例3制备的锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2的X-射线衍射图；图4为实施例1至3制备的锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2的TEM图。其中A、B、C分别为当聚乙二醇和十六烷基三甲基溴化铵摩尔比为1∶4、1∶6、1∶2时制备样品。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1：(1)将7ml钛酸四丁酯(TEOT)、4.6ml冰醋酸加入四口烧瓶中，同时加入10ml的无水乙醇作溶剂，搅拌制得澄清的浅黄色溶液1；(2)称取聚乙二醇(PEG4000)与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为双模板剂，使其摩尔比分别为1∶4；加入15ml无水乙醇溶剂(模板剂与无水乙醇的质量比为1∶10)，搅拌使模板剂溶解后得到溶液2；(3)将溶液2与四口烧瓶中溶液1混合，加入1.44ml的水，整个反应于室温下进行，搅拌10h澄清后，把溶液转移到晶化釜并置于恒温箱，于60℃下静置3d，形成凝胶，在80℃下干燥24小时；(4)将干燥特在马弗炉中调温450℃焙烧3h，最后研磨得到粉末状白色固体。测量该粉末的性质并示于表1。实施例2：按照与实施例1所描述的相同方法得到二氧化钛粉末，只是模板剂聚乙二醇(PEG4000)与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的摩尔比改为1∶6。测量该粉末的性质并示于表1。-->实施例3：按照与实施例1所描述的相同方法得到二氧化钛颗粒，只是模板剂聚乙二醇(PEG4000)与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的摩尔比改为1∶2。测量该粉末的性质并示于表1。对比例1：按照与实施例1所描述的相同方法得到二氧化钛粉末，只是使用0.9112g单模板剂十六烷基溴化铵。测量该粉末的性质并示于表1。对比例2：按照与实施例1所描述的相同方法得到二氧化钛颗粒，只是使用0.8g单模板剂聚乙二醇4000。测量该粉末的性质并示于表1。对比例3：按照与实施例1所描述的相同方法得到二氧化钛颗粒，只是没有添加任何模板剂。测量该粉末的性质并示于表1。表1 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 颜色 白色 白色 白色 白色 白色 白色 晶相 锐钛矿 锐钛矿 锐钛矿 锐钛矿 锐钛矿 锐钛矿 形状 球形 球形 球形 球形 球形 球形 比表面积 (m2/g) 111.3 120.7 100.8 93 86 43 平均粒径 (nm) 8.74 8.36 9.33 25.31 35.2 47.6 化学稳定 性 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定光催化测试：对照商业上常用的催化能力较强的二氧化钛粉末，测量由实施例1至实施例3和对比例1至对比例3条件下得到的二氧化钛粉末的光催化能力，比较商业品P-25与本方法制备的纳米材料的光催化活性。图1为检验样品光催化活性的装置示意图，(图中，紫外灯-1，石英片-2，石英反应器-3，搅拌器-4)利用间歇式非均相反应器，其材料为对紫外光透射比较好的石英玻璃，用平板磁力搅拌器进行搅拌，在石英反应器中加入小磁针，搅拌使反应混合均匀。以3I-→I3-+2e-为反应模型，通过测定I-氧化生成的I3-浓度来评价光催化材料的活性，具体过程：配置0.2mol/L的KI溶液，每次取出10ml溶液，加入10mg样品，在28W、365nm-->的紫外灯下进行光催化反应，分别照射3、6、9min，然后取出0.5ml并稀释10倍，用紫外可见分光光度计进行测量，通过研究催化剂分散于I-溶液后生成I3-的速度来评价光催化活性。图2为本专利技术实施例1至实施例3制备的锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2与常规手段制备的TiO2，以及商业品纳米二氧化钛的光催化活性比较图；底部为光催化进行的时间，a，b，c分别为实施例1至实施例3制备的产品，f代表商业品P-25，d，e，h为对比例本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锐钛矿结构的高光催化活性纳米ＴｉＯ↓［２］的制备方法，其特征包括下述步骤：（１）按质量比为１∶２～４的比例称取钛金属有机化合物或钛的无机盐溶于冰醋酸制成混合液，按照体积比为１∶０．８～１．５的比例将所述混合液溶于无水乙醇中，得到溶液１； （２）按摩尔比为１∶１～６或１∶１～５∶１～４的比例选取二种或三种模板剂，溶解于无水乙醇，所述模板剂与所述无水乙醇的质量比为１∶５～１５，得到溶液２，所述模板剂为聚合物类、铵类或胺类；（３）按体积比为１∶０．５～２的比例将溶液１和溶液２ 混合，加入溶液１和溶液２混合液体积的１／３０～１／２０的蒸馏水，搅拌１０～４８小时，得到澄清溶液，在６０～１２０℃静置２～５天，形成凝胶，在５０～９０℃干燥１２～４８小时；（４）将干燥物于３５０～６００℃煅烧１～５个小时去除模板剂，得到白 色固体粉末，即锐钛矿结构的高光催化活性纳米ＴｉＯ↓［２］。
【技术特征摘要】
1.一种锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2的制备方法，其特征包括下述步骤：(1)按质量比为1∶2～4的比例称取钛金属有机化合物或钛的无机盐溶于冰醋酸制成混合液，按照体积比为1∶0.8～1.5的比例将所述混合液溶于无水乙醇中，得到溶液1；(2)按摩尔比为1∶1～6或1∶1～5∶1～4的比例选取二种或三种模板剂，溶解于无水乙醇，所述模板剂与所述无水乙醇的质量比为1∶5～15，得到溶液2，所述模板剂为聚合物类、铵类或胺类；(3)按体积比为1∶0.5～2的比例将溶液1和溶液2混合，加入溶液1和溶液2混合液体积的1/30～1/20的蒸馏水，搅拌10～48小时，得到澄清溶液，在60～120℃静置2～5天，形成凝胶，在50～90℃干燥12～48小时；(4)将干燥物于350～600℃煅烧1～5个小时去除模板剂，得到白色固体粉末，即锐钛矿结构的高光催化活性纳米TiO2。2.根据权利要求1所述的一种锐钛矿结构的高光催化活性纳米...
【专利技术属性】
技术研发人员：王富民，郭克伦，孙高奎，张旭斌，蔡旺峰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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