氢化灰色花状二氧化钛的制备方法与流程

本发明涉及一种花状二氧化钛的制备方法，尤其涉及一种具有可见光响应的灰色花状二氧化钛的制备方法，属于材料制备领域。

背景技术：

自从1972年fujishima等人发现二氧化钛可以在太阳光的照射下将水分解成为氢气和氧气，自此以后二氧化钛的光催化性能受到了大家广泛的关注。二氧化钛有三种晶型：板钛矿、锐钛矿和金红石相，其中以锐钛矿和金红石相光催化效果好。虽然二氧化钛在紫外区具有良好的光吸收，但是紫外光能量只占到太阳光能量的5%左右，而二氧化钛可见光吸收却不是很理想，而太阳光中的可见光所蕴含的能量远远大于紫外光所蕴含的能量。因此，提高二氧化钛在可见光区的利用是改进二氧化钛的光催化活性的一个途径。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的二氧化钛的可见光响应较差的问题，提供一种氢化灰色花状二氧化钛的制备方法。

本发明氢化灰色花状二氧化钛的制备，先以钛盐作为前驱体，以醇和酸作为反应介质，以表面活性剂作为结构修饰剂，通过溶剂热法制备出花状二氧化钛，再将花状二氧化钛煅烧除去花状二氧化钛表面的表面活性剂后，在氢气氛围下高温退火制得灰色花状二氧化钛。具体包括以下工艺步骤：

（1）花状二氧化钛的制备

先将钛盐缓慢加入到浓酸中，室温搅拌0.5~2h；缓慢滴加表面活性剂水溶液搅拌1~3h；然后加入低碳醇搅拌1~3h；将混合溶液转入高压水热反应釜中，于120~180℃反应5~24h；反应结束后将反应悬浮液离心，抽滤，洗涤，干燥，得花状二氧化钛。

所述钛盐为异丙醇钛或钛酸四丁酯；所述浓酸为浓度为10~12mol/l的浓盐酸；浓酸与钛盐溶液体积比为10:1~15:1。

所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮或者十二烷基苯磺酸钠；表面活性剂的水溶液浓度为3~9mg/ml；表面活性剂溶液的加入量为钛盐溶液体积的20~30。

所述低碳醇为乙醇、丙醇、乙二醇，低碳醇和表面活性剂溶液体积比为1:1~6:1。

所述干燥是在50~70℃下进行干燥。

（2）氢化灰色花状二氧化钛的制备：将花状二氧化钛在450~600℃条件下煅烧1~3h，降温至室温，然后置于管式炉中，在氢气氛围下以2~8℃/min升温至250~600℃，退火0.5~5h，冷却至室温，得到氢化灰色二氧化钛粉末。

下面通过扫描电镜图，x射线衍射图，紫外可见吸收光谱图对本发明中氢化花状二氧化钛的形貌结构和性能进一步解释说明。

图1为本发明通过溶剂热法制备出来的花状二氧化钛的扫描电镜图。从图2中可以看到，花状二氧化钛是由二氧化钛纳米棒组装的直径大约为3um左右的花状结构，尺寸均一，形貌规整并且无团聚现象出现。

图2为本发明制备的氢化花状二氧化钛的x射线衍射图。从图2中可以看出，氢化花状二氧化钛呈现优越的结晶性，x射线衍射图中各个衍射峰的衍射角度数分别为：27.4°、36.1°、39.2°、41.2°、44°、54.3°、56.6°、62.8°、69°、69.8°，皆属于金红石相（pdf#75-1749）的特征衍射峰，表明我们所制备的氢化花状二氧化钛的晶相为金红石相。

图3为氢化后的花状二氧化钛紫外可见吸收光谱图。从图3中可以看出，氢化后的在可见光区域有明显的光响应，表明氢化处理后的花状二氧化钛具有良好的可见光响应。因此，在光电转换、光催化、气敏传感器电容器方面具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明制备的花状二氧化钛的扫描电镜图。

图2为本发明制备的花状二氧化钛的x射线衍图。

图3为本发明实施例1制备灰色花状二氧化钛的紫外可见吸收谱图。

图4为本发明实施例2制备灰色花状二氧化钛的紫外可见吸收谱图。

图5为本发明实施例3制备灰色花状二氧化钛的紫外可见吸收谱图。

图6为本发明实施例4制备灰色花状二氧化钛的紫外可见吸收谱图。

具体实施方式

下面通过具体实例对本发明氢化灰色花状二氧化钛的制备、结构、形貌以及性能等进一步说明。

实施例1

取浓盐酸15ml（12mol/l）于圆底烧瓶，快速搅拌下将1ml异丙醇钛缓慢加到浓盐酸中，室温搅拌1h；缓慢滴入30ml聚乙烯吡咯烷酮水溶液（浓度9mg/ml）搅拌2h，再加乙二醇90ml，搅拌2h；然后将混合溶液转入200ml高压水热反应釜中，在150℃反应12h；反应结束后将反应悬浮液在6000r/min离心5min，抽滤，依次用超纯水、乙醇、丙酮洗涤3次，最后在60℃干燥，得花状二氧化钛。sem形貌呈现出直径大约为3um左右的花状结构（见图1）；

灰色花状二氧化钛的制备：将上述花状二氧化钛在550℃下煅烧2h，降温至室温，然后置于管式炉中，在氢气氛围下以5℃/min的速度升温至250℃退火5h，冷却至室温，得到灰色的二氧化钛粉末，记为样品1。紫外可见吸收光谱表明具有很弱的可见光响应（见图3）。

实施例2

花状二氧化钛制备同实施例1；

灰色花状二氧化钛的制备：将花状二氧化钛在550℃条件下煅烧2h，降温至室温，然后置于管式炉中，在氢气氛围下以5℃/min升温至350℃退火5h，冷却至室温得到灰色的二氧化钛粉末，记为样品2。紫外可见吸收光谱表明具有较弱的可见光响应（见图4）。

实施例3

花状二氧化钛制备同实施例1；

灰色花状二氧化钛的制备：将花状二氧化钛在550℃条件下煅烧2h，降温至室温，然后置于管式炉中，在氢气氛围下以5℃/min升温至450℃退火5h，冷却至室温，得到灰色二氧化钛粉末，记为样品3。紫外可见吸收光谱表明具有良好的可见光响应（见图5）。

实施例4

花状二氧化钛制备同实施例1；

灰色花状二氧化钛的制备：将花状二氧化钛在550℃条件下煅烧2h，降温至室温，然后置于管式炉中，在氢气氛围下以5℃/min升温至600℃退火5h，冷却至室温，得到灰色二氧化钛粉末，记为样品4。紫外可见吸收光谱表明具有良好的可见光响应（见图6）。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种氢化灰色花状二氧化钛的制备方法，本发明氢化灰色花状二氧化钛的制备，先以钛盐作为前驱体，以醇和酸作为反应介质，以表面活性剂作为结构修饰剂，通过溶剂热法制备出花状二氧化钛，再将花状二氧化钛煅烧除去花状二氧化钛表面的表面活性剂后，在氢气氛围下高温退火制得灰色花状二氧化钛。X射线衍射图表明，本发明制备的氢化花状二氧化钛的晶相为金红石相。紫外可见吸收光谱图表明，氢化花状二氧化钛在可见光区域有明显的光响应，表明氢化处理后的花状二氧化钛具有良好的可见光响应。因此，在光电转换、光催化、气敏传感器电容器方面具有很好的应用前景。

技术研发人员：莫尊理;冯航空;郭瑞斌;张红娟;王瑞娟;燕敏;刘妮娟
受保护的技术使用者：西北师范大学
技术研发日：2018.09.04
技术公布日：2018.12.21