一种钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法技术

一种钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法，涉及一种TiO2纳米复合材料的制备方法。本发明专利技术是要解决TiO2在可见光下无光催化性能的问题。本发明专利技术：一、制备前驱体Ni‑MOF；二、NiTiO3/TiO2纳米复合材料的制备。本发明专利技术采用水热法制备前驱体Ni‑MOF，工艺简单，结合了NiTiO3和TiO2两种材料各自的特点与优势，在有机污染物降解、水分解以及CO2还原等光催化领域具有很大的应用前景。本发明专利技术通过将TiO2和NiTiO3复合，扩宽TiO2光响应区域，使得复合材料在太阳光下即能发挥较好的光催化作用，Ni‑MOF球形结构完整，尺寸约为600nm。

Preparation of Nickel Titanate/Titanium Dioxide Nanocomposites

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种TiO2纳米复合材料的制备方法。
技术介绍
随着化石燃料储量的日益减少，光能作为一种取之不尽、用之不竭的能源，具有广阔的应用前景，在现代发展中有着重要的地位。光能转换为电能或化学能一直是一个非常重要的研究方向。半导体材料TiO2因其高的催化活性、良好的化学稳定性、低廉的价格及无毒无害等优点被广泛应用于有机污染物降解、水分解及CO2还原等领域。但就光催化性能而言，TiO2禁带较宽，仅能吸收太阳光中的紫外光，因而光催化性能受到限制。近年来，将TiO2与禁带宽度较小的材料复合，以拓宽其光响应区域，提高光催化活性，已成为TiO2光催化领域的热点。长期以来，三元氧化物在固体燃料电池、传感器、化学催化和光催化等领域具有十分广泛的应用。作为三元氧化物的典型代表，由于NiTiO3(钛酸镍)具有催化活性高、稳定性好、在紫外光照射下耐久性好以及能在可见光下响应等优点，已在光催化应用中受到了广泛关注。
技术实现思路
本专利技术是要解决TiO2在可见光下无光催化性能的技术问题，而提供一种应用于光催化的钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法。本专利技术的应用于光催化的钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、制备前驱体Ni-MOF：将Ni(NO3)2·6H2O和对苯二甲酸加入到二甲基甲酰胺中，搅拌至固体完全溶解，再加入乙二醇继续搅拌20min～30min，得到混合液Ⅰ，然后将混合液Ⅰ移入反应釜中，反应釜置于烘箱中在温度为120℃～130℃的条件下加热6h～12h，最后依次经离心、洗涤和干燥，得到前驱体Ni-MOF；所述的混合液Ⅰ中Ni(NO3)2·6H2O的摩尔浓度为0.018mol/L～0.022mol/L；所述的混合液Ⅰ中对苯二甲酸的摩尔浓度为0.007mol/L～0.012mol/L；所述的乙二醇与二甲基甲酰胺的体积比为(0.12～0.35):1；步骤一中所述的洗涤是依次采用DMF和无水乙醇进行洗涤；二、NiTiO3/TiO2纳米复合材料的制备：将步骤一制备的前驱体Ni-MOF超声分散于无水乙醇中5min～10min，搅拌10min～15min，在搅拌的条件下逐滴加入钛酸四正丁酯，然后搅拌10min～20min，得到混合液Ⅱ，再向混合液Ⅱ中加入去离子水和氢氟酸水溶液，搅拌10min～15min，随后移入反应釜中，将反应釜置于烘箱中在温度为180℃～200℃的条件下加热8h～20h，然后依次经离心、洗涤和干燥，得到浅绿色粉末；将浅绿色粉末在空气气氛下于马弗炉中煅烧，煅烧温度为550℃～650℃，煅烧时间为2h～5h，升温速度为2℃/min～8℃/min，获得NiTiO3/TiO2纳米复合材料；所述的氢氟酸水溶液的质量浓度为40％；所述的混合液Ⅱ中钛酸四正丁酯的浓度为0.01mol/L～0.016mol/L；所述的去离子水与无水乙醇的体积比为(0.05～0.08):1；所述的氢氟酸水溶液与无水乙醇的体积比为(0.00075～0.002):1；所述的混合液Ⅱ中步骤一制备的前驱体Ni-MOF的浓度为0.5g/L～0.75g/L；步骤二中所述的洗涤是依次采用去离子水和无水乙醇进行洗涤。现有制备方法大多以TiO2为核，在TiO2周围包覆NiO制备NiTiO3/TiO2；而本专利技术的制备方法以MOF为前驱物提供镍源，在水热反应和高温煅烧过程中转化为NiTiO3/TiO2。本专利技术的有益效果：1、本专利技术采用水热法制备前驱体Ni-MOF，工艺简单；2、本专利技术的制备方法得到的新型NiTiO3/TiO2纳米复合材料，结合了NiTiO3和TiO2两种材料各自的特点与优势，在有机污染物降解、水分解以及CO2还原等光催化领域具有很大的应用前景。3、本专利技术通过将TiO2和NiTiO3复合，扩宽TiO2光响应区域，使得复合材料在太阳光下即能发挥较好的光催化作用；4、本专利技术制备的Ni-MOF球形结构完整，尺寸约为600nm。附图说明图1为XRD图；图2为试验一的步骤一制备的前驱体Ni-MOF高倍的SEM图；图3为试验一的步骤一制备的前驱体Ni-MOF低倍的SEM图；图4为试验一的步骤二制备的NiTiO3/TiO2纳米复合材料的第一SEM图；图5为试验一的步骤二制备的NiTiO3/TiO2纳米复合材料的第二SEM图；图6为试验四中光催化降解亚甲基蓝的曲线图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式为一种应用于光催化的NiTiO3/TiO2纳米复合材料的制备方法，具体是按以下步骤进行的：一、制备前驱体Ni-MOF：将Ni(NO3)2·6H2O和对苯二甲酸加入到二甲基甲酰胺中，搅拌至固体完全溶解，再加入乙二醇继续搅拌20min～30min，得到混合液Ⅰ，然后将混合液Ⅰ移入反应釜中，反应釜置于烘箱中在温度为120℃～130℃的条件下加热6h～12h，最后依次经离心、洗涤和干燥，得到前驱体Ni-MOF；所述的混合液Ⅰ中Ni(NO3)2·6H2O的摩尔浓度为0.018mol/L～0.022mol/L；所述的混合液Ⅰ中对苯二甲酸的摩尔浓度为0.007mol/L～0.012mol/L；所述的乙二醇与二甲基甲酰胺的体积比为(0.12～0.35):1；步骤一中所述的洗涤是依次采用DMF和无水乙醇进行洗涤；二、NiTiO3/TiO2纳米复合材料的制备：将步骤一制备的前驱体Ni-MOF超声分散于无水乙醇中5min～10min，搅拌10min～15min，在搅拌的条件下逐滴加入钛酸四正丁酯，然后搅拌10min～20min，得到混合液Ⅱ，再向混合液Ⅱ中加入去离子水和氢氟酸水溶液，搅拌10min～15min，随后移入反应釜中，将反应釜置于烘箱中在温度为180℃～200℃的条件下加热8h～20h，然后依次经离心、洗涤和干燥，得到浅绿色粉末；将浅绿色粉末在空气气氛下于马弗炉中煅烧，煅烧温度为550℃～650℃，煅烧时间为2h～5h，升温速度为2℃/min～8℃/min，获得NiTiO3/TiO2纳米复合材料；所述的氢氟酸水溶液的质量浓度为40％；所述的混合液Ⅱ中钛酸四正丁酯的浓度为0.01mol/L～0.016mol/L；所述的去离子水与无水乙醇的体积比为(0.05～0.08):1；所述的氢氟酸水溶液与无水乙醇的体积比为(0.00075～0.002):1；所述的混合液Ⅱ中步骤一制备的前驱体Ni-MOF的浓度为0.5g/L～0.75g/L；步骤二中所述的洗涤是依次采用去离子水和无水乙醇进行洗涤。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的干燥的温度为60℃，干燥时间为10h。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的混合液Ⅰ中对苯二甲酸的摩尔浓度为0.01mol/L。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的混合液Ⅰ中Ni(NO3)2·6H2O的摩尔浓度为0.02mol/L。其他与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤一中所述的乙二醇与二甲基甲酰胺的体积比为0.2:1。其他与具体实施方式四相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于光催化的钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于应用于光催化的钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、制备前驱体Ni‑MOF：将Ni(NO3)2·6H2O和对苯二甲酸加入到二甲基甲酰胺中，搅拌至固体完全溶解，再加入乙二醇继续搅拌20min～30min，得到混合液Ⅰ，然后将混合液Ⅰ移入反应釜中，反应釜置于烘箱中在温度为120℃～130℃的条件下加热6h～12h，最后依次经离心、洗涤和干燥，得到前驱体Ni‑MOF；所述的混合液Ⅰ中Ni(NO3)2·6H2O的摩尔浓度为0.018mol/L～0.022mol/L；所述的混合液Ⅰ中对苯二甲酸的摩尔浓度为0.007mol/L～0.012mol/L；所述的乙二醇与二甲基甲酰胺的体积比为(0.12～0.35):1；步骤一中所述的洗涤是依次采用DMF和无水乙醇进行洗涤；二、NiTiO3/TiO2纳米复合材料的制备：将步骤一制备的前驱体Ni‑MOF超声分散于无水乙醇中5min～10min，搅拌10min～15min，在搅拌的条件下逐滴加入钛酸四正丁酯，然后搅拌10min～20min，得到混合液Ⅱ，再向混合液Ⅱ中加入去离子水和氢氟酸水溶液，搅拌10min～15min，随后移入反应釜中，将反应釜置于烘箱中在温度为180℃～200℃的条件下加热8h～20h，然后依次经离心、洗涤和干燥，得到浅绿色粉末；将浅绿色粉末在空气气氛下于马弗炉中煅烧，煅烧温度为550℃～650℃，煅烧时间为2h～5h，升温速度为2℃/min～8℃/min，获得NiTiO3/TiO2纳米复合材料；所述的氢氟酸水溶液的质量浓度为40％；所述的混合液Ⅱ中钛酸四正丁酯的摩尔浓度为0.01mol/L～0.016mol/L；所述的去离子水与无水乙醇的体积比为(0.05～0.08):1；所述的氢氟酸水溶液与无水乙醇的体积比为(0.00075～0.002):1；所述的混合液Ⅱ中步骤一制备的前驱体Ni‑MOF的浓度为0.5g/L～0.75g/L；步骤二中所述的洗涤是依次采用去离子水和无水乙醇进行洗涤。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于光催化的钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法，其特征在于应用于光催化的钛酸镍/二氧化钛纳米复合材料的制备方法是按以下步骤进行的：一、制备前驱体Ni-MOF：将Ni(NO3)2·6H2O和对苯二甲酸加入到二甲基甲酰胺中，搅拌至固体完全溶解，再加入乙二醇继续搅拌20min～30min，得到混合液Ⅰ，然后将混合液Ⅰ移入反应釜中，反应釜置于烘箱中在温度为120℃～130℃的条件下加热6h～12h，最后依次经离心、洗涤和干燥，得到前驱体Ni-MOF；所述的混合液Ⅰ中Ni(NO3)2·6H2O的摩尔浓度为0.018mol/L～0.022mol/L；所述的混合液Ⅰ中对苯二甲酸的摩尔浓度为0.007mol/L～0.012mol/L；所述的乙二醇与二甲基甲酰胺的体积比为(0.12～0.35):1；步骤一中所述的洗涤是依次采用DMF和无水乙醇进行洗涤；二、NiTiO3/TiO2纳米复合材料的制备：将步骤一制备的前驱体Ni-MOF超声分散于无水乙醇中5min～10min，搅拌10min～15min，在搅拌的条件下逐滴加入钛酸四正丁酯，然后搅拌10min～20min，得到混合液Ⅱ，再向混合液Ⅱ中加入去离子水和氢氟酸水溶液，搅拌10min～15min，随后移入反应釜中，将反应釜置于烘箱中在温度为180℃～200℃的条件下加热8h～20h，然后依次经离心、洗涤和干燥，得到浅绿色粉末；将浅绿色粉末在空气气氛下于马弗炉中煅烧，煅烧温度为550℃～650℃，煅烧时间为2h～5h，升温速度为2℃/min～8℃/min，获得NiTiO3/TiO2纳米复合材料；所述的氢氟酸水溶液的质量浓度为40％；所述的混合液Ⅱ中钛酸四正丁酯的摩尔浓度为0.01mol/L～0.016mol/L；所述的去...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洪波，周生宇，李垚，赵九蓬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23