一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料的制作方法
【专利说明】一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料的制备方法，
属于光催化材料技术领域。
【背景技术】
[0003]半导体1102光催化材料因其具有较高的光催化活性和无毒性而被广泛的研宄，然而将其大规模应用于实际污染的治理还需要解决许多问题，其中就包括半导体T12光催化材料活性的提高。影响半导体1102光催化材料光催化活性的因素主要包括晶型、结晶度、晶体粒径、比表面积、形貌及孔结构等。异质结材料因具有特殊的能带结构和载流子特殊的输送性能，能够在反应中抑制光生电子-空穴复合，提高量子效率。
[0004]异质结结构1102光催化剂的制备一般采用溶胶凝聚法、水热法、沉淀法、微乳液法等，水热法因其操作简单，受到众多人的青睐，形成的纳米异质因其结构型态不同，采光、电荷传递和传质等所有的光催化的过程也会不一样，如果有效异质结面积较小，光致电荷被分离后需要经过复杂的途径才能够传递到异质结表面，而且采光和传质效率很低，这些缺点使异质结的作用远远不如预期。为此，本发明从同种材料不同晶相形成异质结角度出发，通过水热反应先制备出锐钛矿型二氧化钛纳米棒，然后经水热反应，将锐钛矿型二氧化钛纳米棒作为二氧化钛纳米片生长的基体，并通过控制纳米棒与纳米片的质量比，得到光催化性优异的二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料的制备方法，具体制备方法包括如下步骤:
(I)锐钛矿型二氧化钛纳米棒的合成
无定型二氧化钛与氢氧化钠的摩尔比按照1:32，将无定型二氧化钛加入到NaOH溶液中混合均匀后，在100?120°C条件下反应24h，产物自然冷却后经离心分离，得到的白色滤饼用去离子水清洗至pH为8?10，洗涤后的滤饼再经10000r/min离心处理I?5min，得到钛酸钠盐；将制得的钛酸钠盐按1:20?50的质量比分散于去离子水中，并在200°C加热反应18?24h后自然冷却，产物再经离心分离、去离子水洗涤和真空干燥处理，制得锐钛矿型二氧化钛纳米棒。
[0006](2) 二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料的制备
将步骤(I)中制得的锐钛矿型二氧化钛纳米棒溶解在异丙醇中并超声分散均匀，然后在溶液中加入定量的二乙烯三胺和钛酸四异丙酯，二氧化钛纳米棒、二氧化钛纳米片质量比控制在1:1?3:1 ;将上述的反应混合物搅拌均匀，并在200°C加热反应18?24h后自然冷却，再经离心分离得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒滤饼；所得到的滤饼分别经去离子水洗涤、60°C真空干燥处理、400°C煅烧I?10h，得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料。
[0007]所述的无定型二氧化钛可以是气相二氧化钛P25、纳米二氧化钛。
[0008]所述的400°C煅烧1-1Oh的升温速率可以是I?5°C /min。
[0009]所述二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料中，嫁接于二氧化钛纳米棒表面的二氧化钛纳米片与二氧化钛纳米棒的质量比例为1:3?3:1。
[0010]本发明的优点是:
本发明二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料较现有二氧化钛具有更好的光催化性能，复合后的异质结材料有效异质结面积增大，光致电荷被分离后可以很快传递到异质结表面，而且采光和传质效率增大。本发明通过控制在二氧化钛纳米棒基材上外延生长的二氧化钛纳米片的质量比例，得到的光催化效果优异的异质结复合材料用作光催化剂，用于降解甲基橙、甲基蓝、罗丹明B、孔雀石绿、双酚A等多种有机染料污染物，可在40min之内，能使有机染料的降解效率接近降解完全，循环5次后，光催化降解甲基橙效率仍然保持在90%以上。
【附图说明】
[0011]图1为本发明二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料SEM图。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
将气相二氧化钛P25加入到NaOH溶液中，搅拌均匀后将其转移到反应釜中，100?120°C加热反应24h ;取出反应釜，让其自然冷却，反应产物经离心分离得到白色滤饼，并用去离子水清洗，重复几遍直到洗涤液的pH=8?10，再经离心处理，得到湿的钛酸钠盐。取上述步骤中制备的湿钛酸钠盐Ig分散在20ml去离子水中，搅拌均匀后将其转移到反应釜中，并将其在200°C加热反应24h，取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到锐钛矿型二氧化钛纳米棒滤饼，用去离子水洗涤滤饼后，再经真空中干燥10h，得到形状较匀的锐钛矿型二氧化钛纳米棒。
[0013]实施例2
将无定型二氧化钛加入到NaOH溶液中，搅拌均匀后将其转移到反应釜中，100?120°C加热24h;取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到白色沉淀，并用去离子水清洗，重复几遍直到溶液pH=8?10，最后使用高速离心，得到湿的钛酸钠盐。取上述步骤中制备的湿的钛酸钠盐Ig分散在30ml去离子水中，搅拌均匀后将其转移到反应釜中，并将其在200°C加热24h，取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到锐钛矿型二氧化钛纳米棒滤饼，并用去离子水冲洗，再经真空中干燥10h，得到形状较匀的锐钛矿型二氧化钛纳米棒。
[0014]实施例3
将气相二氧化钛P25加入到NaOH溶液中，搅拌均匀后将其转移到反应釜中，100-120°C加热24h ;取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到白色沉淀，并用去离子水清洗，重复几遍直到溶液pH=8-10，最后使用高速离心，得到湿的钛酸钠盐。取上述步骤中制备的湿的钛酸钠盐Ig分散在40ml去离子水中，搅拌均匀后将其转移到反应釜中，并将其在200°C加热24h，取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到锐钛矿型二氧化钛纳米棒沉淀，并用去离子水冲洗，产物最后在真空中干燥10h，得到形状较匀的锐钛矿型二氧化钛纳米棒。
[0015]实施例4
将无定型二氧化钛加入到NaOH溶液中，搅拌均匀后将其转移到反应釜中，100-120°C加热24h ;取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到白色沉淀，并用去离子水清洗，重复几遍直到溶液pH=8-10，最后使用高速离心，得到湿的钛酸钠盐。取上述步骤中制备的湿的钛酸钠盐Ig分散在50ml去离子水中，搅拌均匀后将其转移到反应釜中，并将其在200°C加热24h，取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到锐钛矿型二氧化钛纳米棒沉淀，并用去离子水冲洗，产物最后在真空中干燥10h，得到形状最为均匀的二氧化钛纳米棒实施例5
将实施例4中制得的二氧化钛纳米棒0.067g溶解在异丙醇中并超声分散均匀，然后在溶液中加入0.06ml 二乙烯三胺和1.30ml钛酸四异丙酯，搅拌均匀后其转移到反应釜中，并在200°C加热19h，取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒沉淀，并用去离子水冲洗，产物在60°C干燥过夜。然后400°C煅烧2h，升温速率rc /min,得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料。
[0016]实施例6
将实施例4中制得的二氧化钛纳米棒0.20g溶解在异丙醇中并超声分散均匀，然后在溶液中加入0.2ml 二乙烯三胺和1.30ml钛酸四异丙酯，搅拌均匀后其转移到反应釜中，并在200°C加热18h，取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒沉淀，并用去离子水冲洗，产物在60°C干燥过夜。然后400°C煅烧3h，升温速率rc /min,得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料。
[0017]实施例7
将实施例4中制得的二氧化钛纳米棒0.60g溶解在异丙醇中并超声分散均匀，然后在溶液中加入0.1ml 二乙烯三胺和1.30ml钛酸四异丙酯，搅拌均匀后其转移到反应釜中，并在200°C加热24h，取出反应釜，让其自然冷却，离心分离得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒沉淀，并用去离子水冲洗，产物在60°C干燥过夜。然后4000C煅烧4h，升温速率rc /min,得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料。
【主权项】
1.一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料，其特征在于所述的复合材料制备方法包括如下步骤: (1)锐钛矿型二氧化钛纳米棒的合成 无定型二氧化钛与氢氧化钠的摩尔比按照1:32，将无定型二氧化钛加入到NaOH溶液中混合均匀后，在100?120°C条件下反应24h，产物自然冷却后经离心分离，得到的白色滤饼用去离子水清洗至pH为8?10，洗涤后的滤饼再经10000r/min离心处理I?5min，得到钛酸钠盐；将制得的钛酸钠盐按1:20?50的质量比分散于去离子水中，并在200°C加热反应18?24h后自然冷却，产物再经离心分离、去离子水洗涤和真空干燥处理，制得锐钛矿型二氧化钛纳米棒； (2)二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料的制备 将步骤(I)中制得的锐钛矿型二氧化钛纳米棒溶解在异丙醇中并超声分散均匀，然后在溶液中加入定量的二乙烯三胺和钛酸四异丙酯，二氧化钛纳米棒、二氧化钛纳米片质量比控制在1:1?3:1 ;将上述的反应混合物搅拌均匀，并在200°C加热反应18?24h后自然冷却，再经离心分离得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒滤饼；所得到的滤饼分别经去离子水洗涤、60°C真空干燥处理、400°C煅烧I?10h，得到二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料。2.根据权利要求所述的一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料，其特征在于所述的无定型二氧化钛可以是气相二氧化钛P25、纳米二氧化钛。3.根据权利要求所述的一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料，其特征在于所述的400°C煅烧1-1Oh的升温速率可以是I?5°C /min。4.根据权利要求所述的一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料，其特征在于所述二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料中，嫁接于二氧化钛纳米棒表面的二氧化钛纳米片与二氧化钛纳米棒的质量比例为1:3?3:1。
【专利摘要】本发明提供一种二氧化钛纳米片嫁接二氧化钛纳米棒异质结复合材料的制备方法。本发明采用水热反应法先制备出锐钛矿型二氧化钛纳米棒，然后将二氧化钛纳米棒加入二氧化钛纳米片的水热反应中，以二氧化钛纳米棒为基体，使用外延生长的方式使二氧化钛纳米片在二氧化钛纳米棒上生长，通过控制纳米棒与纳米片的质量比，得到具有优异光催化性能的异质结复合材料。该复合材料相较于现有二氧化钛材料，具有优异的光催化性能，在光催化处理有机污染物领域具有很好的应用前景。
【IPC分类】B01J21/06, B01J35/02
【公开号】CN104941617
【申请号】CN201510329984
【发明人】谢宇, 胡冬生, 周盼盼, 郭若彬, 凌云
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月16日