一种二维层状多孔六边形纳米二氧化钛及其制备方法和应用与流程

本发明属于纳米材料制备领域，同时涉及纳米材料应用于光催化领域，具体涉及一种二维层状多孔六边形纳米二氧化钛及其制备方法和应用。

背景技术：

纳米tio2是一种非常重要的半导体材料。它具有化学稳定，很强的抗氧化-还原性，抗腐蚀，无毒等优点，已经成为现代工业发展中重要的功能材料。它在电池，气传感器，光催化，电子元件器件，高端化妆品等领域都具有特别重要的地位。特别是在光催化领域，它可以将对人体和环境有害的工业废水及染料在太阳光的照射下降解成无毒无害的物质。所以在光催化领域二氧化钛逐渐变成一个典型的代表物质。纳米化的二氧化钛具有更高的比表面积，可以有效的提高光催化的性能。为此纳米二氧化钛的生产工艺具有特别重要的经济价值，比如德国生产的p25纳米颗粒是目前市场上使用较多的一种纳米化二氧化钛。鉴于纳米二氧化钛的学术价值和经济价值，世界各国对于纳米二氧化钛进行广泛而深入的研究。

到目前为止已经发展出各种各样的纳米二氧化钛制备方法。主要包括溶胶-凝胶法、火焰水解法、油包水微乳液法、化学气相沉积法、溶剂热法和水热法等。所制备的形貌包括颗粒状、棒状、片状、线状、管状、空心球状。每种方法都有各自的优缺点，但是遗憾的是，还未见有关二维层状多孔六边形纳米tio2的相关报道。二维层状多孔六边形纳米tio2的优点在于提供一种片状多孔相互交联的纳米结构，既防止颗粒之间三维方向的团聚，也有利于光生电子空穴对进行有效的分离，从而提高其光催化性能。故而，发展出一种制备二维层状多孔六边形纳米tio2的工艺方法显得极为重要，也能够为研究制备新型太阳光驱动tio2光催化剂及其高效光降解性能提供一种物质基础。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种二维层状多孔六边形纳米二氧化钛及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明通过一种二维层状多孔六边形自模板的工艺，获得二维层状多孔六边形的纳米tio2的特殊形貌和结构，这种纳米化的二维层状多孔六边形可以有效地提高tio2在可见光照射下的催化降解性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二维层状多孔六边形纳米二氧化钛的制备方法，将前驱体片状tise2放在加热设备中，在通入空气和惰性气体的混合气体条件下，将前驱体进行加热反应，反应结束后，降至室温得到白色粉体，即二维层状纳米多孔状六边形tio2。

进一步地，所述加热设备为马弗炉或加热台。

进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气。

进一步地，通入空气的气体流量为10-100ml/min。

进一步地，通入惰性气体的气体流量为10-200ml/min。

进一步地，加热反应具体为：将前驱体加热至300-500℃，然后保温，保温时间为1-5h。

一种二维层状多孔六边形纳米二氧化钛，采用上述的一种二维层状多孔六边形纳米二氧化钛的制备方法制得。

一种二维层状多孔六边形纳米二氧化钛在光催化中的应用。

进一步地，具体为二维层状多孔六边形纳米二氧化钛对罗丹明b的降解作用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

与现有的制备tio2的方法相比，本发明采用的高温加热法只需将前驱体放入加热仪器中进行加热，通过一步法的加热即可获得二维层状多孔六边形纳米tio2。和其他已经报道的方法相比较，该方法特别简便、高效、安全，也特别适合于工业化的批量化生产，制备过程中采用空气和惰性气体的混合气体，一方面提供产物所需的氧原子，另一方面提供一种相对惰性的环境，不至于使得反应过快，本发明的一个很大的优点是所制备的tio2能够完美保留前驱体的轮廓，形成多孔状结构，并且这种方法操作性，重复性良好，本发明的得到的tio2为具有六边形形状的多孔状片层结构可以在电池，气传感器，光催化，电子元件器件，高端化妆品等领域都具有潜在的应用。

和现有已经报道的各种制备方法相比较，本发明过程不是一个简单的热腐蚀过程，而是涉及到表面的化学反应。利用二硒化钛化合物在升高温度的情况下，硒原子容易迁移到纳米片状的表面，氧气对于硒原子进行完全地置换，从而完成从二硒化钛到氧化钛的晶体结构的转变。特别值得一提的是，在整个化学反应过程中，片状的纳米二硒化钛不仅提供硒原子进行与氧原子的交换，也提供一种原位的模板。如同蚕吃桑叶一样，留下部分的纳米孔洞，保留了二硒化钛模板二维层状的轮廓。

本发明的得到的tio2为具有六边形形状的多孔状片层结构并且具有单相晶体结构，其光催化性能优于市面上所使用的p25。

附图说明

图1是实施例1得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的xrd图谱；

图2是实施例1得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的sem照片；

图3是实施例1得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的可见光吸收图片；

图4是实施例1得到的二维层状多孔六边形纳米tio2对罗丹明b的降解率图片；

图5是实施例2得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的xrd图谱；

图6是实施例2得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的sem照片；

图7是实施例3得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的xrd图谱；

图8是实施例3得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的sem照片；

图9是实施例4得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的xrd图谱；

图10是实施例4得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的sem照片；

图11是实施例5得到的二维层状多孔六边形纳米tio2的xrd图谱。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

本发明的六边形形状的多孔状片层结构的tio2合成涉及以下过程：

首先，将粉体tise2前驱体放在马弗炉中或加热台，在空气和惰性气体的混合气体中进行加热，惰性气体包括氮气或氩气，通入混合气体时，惰性气体的流量为10-200ml/min，空气气体流量10-100ml/min；然后设置加热温度为300-500℃，保温时间1-5h；反应结束后，随炉冷却至室温，即可得到具有六边形形状的多孔状片层结构的tio2。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

首先，在石英坩埚中倒入tise2粉体，将其放在加热台上；然后，通入氮气流量80ml/min，空气流量20ml/min，设置加热温度为500℃，保温时间为2h，反应结束后，随炉冷却至室温，白色粉体即为目标产物tio2。

图1是按照实施例1所生长出的tio2纳米片的x射线衍射谱，无杂质峰出现，说明产物是为纯的tio2。

图2是按照实施例1所生长出的tio2的sem形貌照片，可以看出，tio2具有明显的六边形轮廓，表面为纳米颗粒状。

图3是实施例1的可见光吸收图片，随着可见光照时间的增加，明显看到吸收峰在随之降低，表明rhb在不断被降解。

图4是实施例1的吸收率图片，计算可知，40min内，在可见光下，以tio2为催化剂对罗丹明b的降解率为82.9％，而商业化的p25只降解了51.3％，说明所制备的tio2有优异的催化降解能力。

实施例2

在石英坩埚中倒入tise2粉体，将其放在加热台上；通入氩气流量为30ml/min；空气流量10ml/min，设置加热温度为300℃，保温时间为1h，反应结束后，随炉冷却至室温，白色粉体即为目标产物tio2。

图5是按实施例2所生长出的tio2的x射线衍射谱，无杂质峰出现，说明产物是为纯的tio2。

图6是实施例2对应的tio2的sem形貌照片，可以看出，层状叠加的六边形tio2上有明显的颗粒与孔洞。

实施例3

在石英坩埚中倒入tise2粉体，将其放在加热台上；通入氮气流量为10ml/min；空气流量100ml/min，设置加热温度为450℃，保温时间为5h，反应结束后，随炉冷却至室温，白色粉体即为目标产物tio2。

图7是按实施例3所生长出的tio2的x射线衍射谱，无杂质峰出现，说明产物是为纯的tio2，且结晶性良好。

图8是按实施例3长出的tio2纳米片的sem形貌照片。

实施例4

在石英坩埚中倒入tise2粉体，将其置于马弗炉中；通入氩气的气体流量为200ml/min；空气流量70ml/min，设置加热温度为350℃，升温速率为10℃/min，保温时间为2h；反应结束后，随炉冷却至室温，白色粉体即为目标产物tio2。

图9为实施例4所得样品的xrd图。

图10为实施例4所得样品的sem图，tio2呈六边形片状。

实施例5

在石英坩埚中倒入tise2粉体，将其置于马弗炉中；通入氮气的气体流量为150ml/min；空气流量50ml/min，设置加热温度为300℃，升温速率为10℃/min，保温时间为3.5h；反应结束后，随炉冷却至室温，白色粉体即为目标产物tio2。

图11是按照实施例5所生长出的tio2的x射线衍射谱，无杂质峰出现，说明产物是为纯的tio2。