一种基于冷凝回流法制备超薄TiO2纳米片的方法及其应用

本发明属于催化材料制备，具体涉及一种基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法及其应用。

背景技术：

1、目前研究中，将co2绿色资源化为高附加值的化学品的途径主要有光催化、电催化、光热协同催化等。通过开发利用太阳能燃料，将co2光还原为高能量化合物(如甲醇、乙醇，甚至高碳化合物)，实现以化学形式储存太阳能。co2分子为直线型构型，化学性质十分稳定，这意味着将co2光还原是一个非常难发生的反应。此外，其还原产物众多、并伴随着水还原为氢气的副反应发生。因此，需要通过开发合适的光催化剂来降低光催化co2还原反应的活化能，实现对优选产物的选择性控制。

2、tio2由于物化性质稳定、无毒无污染、成本低等优点被广泛应用于光催化领域。tio2主要有四种晶相：锐钛矿相、板钛矿相、金红石相、tio2(b)相。前三种已被广泛研究，而tio2(b)由于是一种亚稳态结构，存在温度过高易相变等问题，这限制了其应用。选择反应条件相对温和的光催化co2还原作为探针反应，合成tio2(b)相作为光催化剂进行探究，具有很好的应用前景。

3、常见的tio2纳米片受限于厚度较厚、比表面积较小等问题，许多研究为了提高催化剂的活性，多从掺杂其他元素、与其他半导体复合构建异质结等角度去提高活性。而通过调节催化剂合成环境，制备高比面积的超薄纳米片不仅能够提供更多的活性位点，同时能有效地增强光吸收能力，降低光生电子空穴对的复合率，提高导带的还原能力。然而，到目前为止没有采用在常压开放体系中合成超薄的tio2(b)相的纳米片的制备及光催化co2还原应用的报道。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，制备工艺绿色简单，成本低廉，无废副产品产生。本发明要解决的另一种技术问题在于提供一种基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片材料，该材料实用性强、环境稳定性高。本发明要解决的还有一个技术问题在于提供一种基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片材料在光催化还原co2中的应用，该纳米片材料在光催化领域中具有光生载流子产生和传输效率高、还原能力强等优点，在实现闭环固碳方面有潜在的应用前景。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，包括以下步骤：将四氯化钛与乙二醇混合，充分搅拌后得到钛的乙二醇溶液；在持续搅拌状态下，将水加入到钛的乙二醇溶液中，接入冷凝回流装置，油浴条件下冷凝回流反应4～8h；所得产物用去离子水和无水乙醇清洗后，真空干燥，冷却至室温后研磨，获得超薄tio2纳米片。

4、作为优选，所述的基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，四氯化钛与乙二醇的体积比为1：10～30；四氯化钛与水的体积比为1：1～5。

5、作为优选，所述的基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，充分搅拌至溶液为淡黄色且无沉淀；搅拌时间为0.5～1h。

6、作为优选，所述的基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，真空干燥的时间为12～24h。

7、作为优选，所述的基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，纳米片的比表面为300～400m2/g。

8、所述的超薄tio2纳米片在光催化还原co2中应用。

9、作为优选，所述的超薄tio2纳米片在光催化还原co2中应用，用于常温常压下光催化还原co2并产生甲醇和/或乙醇。

10、所述一种常温常压下光催化还原co2制备甲醇和/或乙醇的方法，先以钛的前驱体乙二醇溶液为原料，水为溶剂，利用冷凝回流法制备获得超薄tio2纳米片；再以超薄tio2纳米片为催化剂，常温常压下光催化还原co2并制备甲醇和/或乙醇。

11、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

12、1)该超薄tio2纳米片在常压开放体系中制备的方法，操作简单易行，成本低廉；与传统方法相比，不需要使用硫酸，废副产品产量少，绿色清洁。

13、2)该方法可以合成tio2(b)相结构，与常见的金红石相、锐钛矿相和板钛矿相不同，tio2(b)相存在丰富的开放的微孔结构，具有较大的比表面积，使其能暴露更多的活性位点用于co2的吸附活化。

14、3)该方法制备的超薄tio2纳米片，其厚度仅为0.4-2nm，能够加快光生电子-空穴分离，大大缩短光生载流子的迁移距离；表面丰富的ti3+能够增强体系的还原能力，有利于co2的选择性配位，从而促进光催化co2还原反应的进行，最终有效地提示了超薄tio2纳米片材料的光催化性能。因此，采用一种基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片材料不仅具有良好的合成应用价值，同时在催化体系和催化实际应用领域具有广阔的前景。

技术特征：

1.一种基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，其特征在于，以钛的前驱体乙二醇溶液为原料，水为溶剂，利用冷凝回流法制备获得超薄tio2纳米片。

2.根据权利要求1所述的基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，其特征在于：将四氯化钛与乙二醇混合，充分搅拌后得到钛的前驱体乙二醇溶液；在持续搅拌状态下，将水加入钛的前驱体乙二醇溶液中，接入冷凝回流装置，油浴条件下冷凝回流反应4～8h；所得产物用去离子水和无水乙醇清洗后，真空干燥，冷却至室温后研磨，获得超薄tio2纳米片。

3.根据权利要求1所述的基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，其特征在于，所述四氯化钛和乙二醇的体积比为1∶10～30，四氯化钛与水的体积比为1∶1～5。

4.根据权利要求1所述的基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，其特征在于，所述充分搅拌至溶液为淡黄色且无沉淀；搅拌时间为0.5～1h。

5.根据权利要求1所述的基于冷凝回流法制备超薄tio2纳米片的方法，其特征在于，所述真空干燥的时间为12～24h。

6.权利要求1～5任一所述制备方法制备得到超薄tio2纳米片。

7.根据权利要求5所述的超薄tio2纳米片，其特征在于，所述纳米片的比表面积为300～400m2/g。

8.权利要求6或7所述的超薄tio2纳米片在光催化还原co2中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的超薄tio2纳米片用于常温常压下光催化还原co2并产生甲醇和/或乙醇。

10.一种常温常压下光催化还原co2制备甲醇和/或乙醇的方法，其特征在于，先以钛的前驱体乙二醇溶液为原料，水为溶剂，利用冷凝回流法制备获得超薄ti02纳米片；再以超薄tio2纳米片为催化剂，常温常压下光催化还原co2并制备甲醇和/或乙醇。

技术总结
本发明公开了一种基于冷凝回流法制备超薄TiO<subgt;2</subgt;纳米片的方法及其应用，属于催化材料制备技术领域。该制备方法包括将钛的前驱体加入到乙二醇中，于三颈烧瓶中充分搅拌后得到钛的乙二醇溶液；在持续搅拌状态下，将水引入到钛的乙二醇溶液中，再将溶液在220‑250℃下反应；将反应后得到的白色悬浊液多次洗涤离心，得到白色沉淀；将得到的白色沉淀真空干燥，冷却至室温后研磨，即得到超薄的二氧化钛纳米片。本发明通过冷凝回流法得到超薄纳米片材料，制备工艺过程简单安全，成本低廉，废副产品产量少；所制备的超薄TiO<subgt;2</subgt;纳米片实用性强，在光催化还原CO<subgt;2</subgt;为液体燃料方面具有潜在的应用前景。

技术研发人员：万海勤,尹晨旭,董林,张立新,仝庆,仲林俊,詹宇
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14