一种酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带及其制备方法技术

技术编号：41535045 阅读：6 留言：0更新日期：2024-06-03 23:12

本发明专利技术涉及光催化剂技术领域，具体而言，涉及一种酸修饰M<subgt;2</subgt;Ti<subgt;6</subgt;O<subgt;13</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;纳米带及其制备方法，该方法包括：将锐钛矿型二氧化钛、双氧水和碱性溶液混合均匀，得到第一混合液；所述第一混合液进行水热反应后，分离出固体产物；将所述固体产物洗涤至中性，干燥处理后，在惰性气体氛围下进行煅烧处理，得到HT‑TiO<subgt;2</subgt;样品；将所述HT‑TiO<subgt;2</subgt;样品加入到含有还原性有机酸的酸性溶液中，得到第二混合液；所述第二混合液在预设温度下搅拌反应后，对反应产物进行洗涤和真空干燥处理，得到酸修饰M<subgt;2</subgt;Ti<subgt;6</subgt;O<subgt;13</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;纳米带。本发明专利技术制得的纳米带，二氧化碳光催化还原效果更好，对产物具有选择性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光催化剂，具体而言，涉及一种酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带及其制备方法。

技术介绍

1、二氧化碳光催化还原是一种模仿植物光合作用，利用太阳光将二氧化碳进行资源化利用的环境友好型技术，也是未来大气环境控制和清洁能源利用的理想途径。然而，二氧化碳光催化还原产率低、选择性差，开发高效光催化剂是实现二氧化碳光催化还原技术工程应用的关键。二氧化钛(tio2)具有价格低廉、化学稳定性高和易制备等优点是最具潜力的光催化剂之一，但是tio2可见光响应差、电荷分离效率低，产物选择性差等缺点，限制其在光催化二氧化碳还原领域的应用。

2、针对tio2改性方法和光催化性能，学者们已经做了大量的研究工作。目前，tio2改性的主流策略主要包括晶体和晶面工程改性、金属或非金属掺杂和半导体异质结的构建等。其中，tio2纳米带作为一维纳米材料具有丰富的暴露活性晶面、优异的机械和光电化学性质，是具有巨大潜力的光催化材料。然而，tio2纳米带的二氧化碳光催化效果有待进一步提高，而且，现有的tio2纳米带用于二氧化碳光催化反应时，二氧化碳光催化的产物多为浅度还原产物，深度还原产物较少，对于二氧化碳光催化产物的选择性较差。

技术实现思路

1、本专利技术解决的技术问题是以下问题的至少一种：(1)现有的tio2纳米带的二氧化碳光催化还原效果有待进一步提高。现有的tio2纳米带用于二氧化碳光催化反应时，二氧化碳光催化的产物多为浅度还原产物，深度还原产物较少，对于二氧化碳光催化产物的选择性较差。</p>

2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：

3、一种酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带的制备方法，包括：

4、步骤s1、将锐钛矿型二氧化钛、双氧水和碱性溶液混合均匀，得到第一混合液；

5、步骤s2、所述第一混合液进行水热反应后，分离出固体产物；

6、步骤s3、将所述固体产物洗涤至中性，干燥处理后，在惰性气体氛围下进行煅烧处理，得到ht-tio2样品；

7、步骤s4、将所述ht-tio2样品加入到含有还原性有机酸的酸性溶液中，得到第二混合液；

8、步骤s5、所述第二混合液在预设温度下搅拌反应后，对反应产物进行洗涤和真空干燥处理，得到酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带。

9、较佳地，所述步骤s4中，所述还原性有机酸包括抗坏血酸和草酸中的一种。

10、较佳地，所述步骤s4中，所述还原性有机酸为抗坏血酸，所述第二混合液中所述抗坏血酸与所述ht-tio2样品的质量之比为0.01-0.5。

11、较佳地，所述第二混合液中所述抗坏血酸与所述ht-tio2样品的质量之比为0.05。

12、较佳地，所述步骤s4中，所述酸性溶液中含有表面活性剂、醋酸和所述还原性有机酸；所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和p123中的一种。

13、较佳地，所述步骤s1中，所述碱性溶液包括naoh溶液、lioh溶液和氨水溶液中的一种。

14、较佳地，所述步骤s2中，所述水热反应的温度为160-200℃，时间为16-24h。

15、较佳地，所述步骤s3中，所述煅烧处理的温度为300-450℃，时间为1.5-2.5h。

16、较佳地，所述步骤s5中，所述预设温度为50-70℃，所述搅拌反应的时间为2-4h。

17、本专利技术还提供了一种酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带，采用如上所述的酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带的制备方法制得。

18、与现有技术相比，本专利技术中，首先，在水热反应合成m2ti6o13/tio2纳米带的过程中加入过氧化氢，过氧化氢在碱性加热条件下会发生亲核反应，断键形成h-o-o，可有效破坏ti-o-ti键形成水合二氧化钛(ti-o-oh)。ti-o-oh稳定性较差，极易腐蚀溶解tio2原料同时形成氧空位，有助于提升m2ti6o13/tio2纳米带的二氧化碳光催化效果，从而使得最终制得的酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带具有更好的二氧化碳光催化效果。随后，将合成的m2ti6o13/tio2纳米带进行煅烧处理，以避免二氧化钛进一步转化为金红石相。最后，使用还原性有机酸对经煅烧处理的m2ti6o13/tio2纳米带进行改性，得到酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带，酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带的可见光响应能力增强，二氧化碳光催化反应过程中，可以产生更多的光电子，从而提高二氧化碳光催化反应的产率。另外，本申请中，使用适量的还原性有机酸对经煅烧处理的m2ti6o13/tio2纳米带进行改性时，还原性有机酸中的o会和tio2的ti结合，形成缺陷角，进而形成新的活性位点，促进c-c耦合，使得二氧化碳光催化反应过程中，能够生成较多的深度还原产物(c2类产物，如c2h4、c2h6)；使用过量的还原性有机酸对经煅烧处理的m2ti6o13/tio2纳米带进行改性时，过量的还原性有机酸会覆盖掉活性位点，使得二氧化碳光催化反应过程中，生成的还原产物主要是浅度还原产物(c1类产物，如co、ch4)。可见，通过调整还原性有机酸的加入量，可以使得生成的酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带对co2光催化反应的产物具有选择性。

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【技术保护点】

1.一种酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述还原性有机酸包括抗坏血酸和草酸中的一种。

3.根据权利要求2所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述还原性有机酸为抗坏血酸，所述第二混合液中所述抗坏血酸与所述HT-TiO2样品的质量之比为0.01-0.5。

4.根据权利要求3所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，所述第二混合液中所述抗坏血酸与所述HT-TiO2样品的质量之比为0.05。

5.根据权利要求1-4任一项所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述酸性溶液中含有表面活性剂、醋酸和所述还原性有机酸；所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和P123中的一种。

6.根据权利要求1所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，所述

7.根据权利要求1所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述水热反应的温度为160-200℃，时间为16-24h。

8.根据权利要求1所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述煅烧处理的温度为300-450℃，时间为1.5-2.5h。

9.根据权利要求1所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述预设温度为50-70℃，所述搅拌反应的时间为2-4h。

10.一种酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的酸修饰M2Ti6O13/TiO2纳米带的制备方法制得。

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【技术特征摘要】

1.一种酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述还原性有机酸包括抗坏血酸和草酸中的一种。

3.根据权利要求2所述的酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述还原性有机酸为抗坏血酸，所述第二混合液中所述抗坏血酸与所述ht-tio2样品的质量之比为0.01-0.5。

4.根据权利要求3所述的酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带的制备方法，其特征在于，所述第二混合液中所述抗坏血酸与所述ht-tio2样品的质量之比为0.05。

5.根据权利要求1-4任一项所述的酸修饰m2ti6o13/tio2纳米带的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述酸性溶液中含有表面活性剂、醋酸和所述还原性有机酸；所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和p12...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟杨，肖航，佟磊，王雷平，何萌萌，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：

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