一种半导体光催化材料Na0.23TiO2的制备方法与流程

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种半导体光催化材料na0.23tio2的制备方法。

背景技术：

杨金虎课题组于2018年成功地一步合成了具有三明治结构的二元na0.23tio2纳米带/ti3c2纳米片复合物；该三明治结构复合物作为锂离子/钠离子电池的负极材料时，表现出优异的循环稳定性和倍率性能。复合材料的制备方法是超声法将100mg的层状ti3c2分散在30ml的1.0mnaoh溶液中。反应体系在室温下连续搅拌(600rpm)100h，形成褐色沉淀。沉淀物用蒸馏水和乙醇多次洗涤，离心收集。得到的粉末在60℃的鼓风炉中干燥10h。制备了na0.23tio2/ti3c2复合材料，反应时间分别为30h、70h和120h。该种方法并没有得到纯相na0.23tio2，并且结晶度不高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作安全，在温和条件下快速制备半导体光催化材料na0.23tio2的方法，并为该材料提供一种新的应用。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：

1、将ti(so4)2和naoh加入去离子水中，搅拌均匀，所得混合液中naoh的浓度为1.2～2.0mol/l、ti(so4)2的浓度为0.10～0.30mol/l；然后将所得混合液置于反应釜中，密封，在搅拌下300～320℃水热反应80～120分钟，反应完后自然冷却至常温，打开反应釜，将产物用去离子水离心洗涤至中性。

2、将步骤1离心洗涤后的产物加入去离子水中，再加入naoh，使反应液中naoh的浓度为0.3～0.8mol/l，然后将所得反应液置于反应釜中，密封，在搅拌下300～320℃水热反应50～80分钟，反应完后自然冷却至常温，打开反应釜，将产物依次用去离子水和无水乙醇洗至中性，干燥、得到半导体光催化材料na0.23tio2。

上述步骤2中，优选所得混合液中naoh的浓度为1.2mol/l、ti(so4)2的浓度为0.25mol/l。

上述步骤1中，进一步优选在搅拌下320℃水热反应80分钟。

上述步骤2中，优选反应液中naoh的浓度为0.8mol/l。

上述步骤2中，进一步优选在搅拌下320℃水热反应50分钟。

本发明采用水热法制备na0.23tio2纳米线，操作安全，反应条件温和且制备时间短，制备的na0.23tio2具有很好的光催化性能，能快速降解有机污染物噻嗪类染料。试验结果表明：在300w金卤灯的照射下，90分钟时间内na0.23tio2可以将浓度为20mg/l的罗丹明b彻底降解。na0.23tio2具有降解速率快、性能稳定和易于回收等优点。

附图说明

图1是第一步水热反应在不同naoh浓度条件下制备产物的xrd图。

图2是第二步水热反应在不同naoh浓度条件下制备产物的xrd图。

图3是实施例6制备的半导体光催化材料na0.23tio2的sem图。

图4是实施例6制备的半导体光催化材料na0.23tio2的tem图。(图a是na0.23tio2的典型tem图，图b、c、d分别是图a中矩形区域的高分辨tem图)。

图5是300w金卤灯照射条件下实施例6制备的半导体光催化材料na0.23tio2对罗丹明b的降解图。

图6是罗丹明b的相对浓度c/c0随光降解时间的变化图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

1、将6.64gti(so4)2(纯度98.0％)和3.0gnaoh(纯度96％)加入108ml去离子水中，搅拌均匀，所得混合液中naoh的浓度为1.2mol/l、ti(so4)2的浓度为0.25mol/l，将所得混合液置于哈氏合金不锈钢反应釜中，密封，在机械搅拌下，以3℃/分钟的升温速率升温至320℃，恒温水热反应80分钟，反应完后自然冷却至常温，打开反应釜，将产物用去离子水离心洗涤至中性。

2、将步骤1离心洗涤后的产物加入108ml去离子水中，再加入3.6gnaoh，搅拌均匀，使混合液中naoh浓度为0.8mol/l，将所得混合液置于哈氏合金不锈钢反应釜中，密封，在机械搅拌下，以3℃/分钟的升温速率升温至320℃，恒温水热反应50分钟，反应完后自然冷却至常温，打开反应釜，将产物依次用去离子水、乙醇洗涤至中性，70℃干燥10小时，得到半导体光催化材料na0.23tio2。

实施例2

本实施例的步骤1中，将6.64gti(so4)2(纯度98.0％)和5.4gnaoh(纯度96％)加入108ml去离子水中，搅拌均匀，所得混合液中naoh的浓度为1.5mol/l、ti(so4)2的浓度为0.25mol/l，其他步骤与实施例1相同，得到半导体光催化材料na0.23tio2。

实施例3

本实施例的步骤1中，将6.64gti(so4)2(纯度98.0％)和8.1gnaoh(纯度96％)加入108ml去离子水中，搅拌均匀，所得混合液中naoh的浓度为1.8mol/l、ti(so4)2的浓度为0.25mol/l，其他步骤与实施例1相同，得到半导体光催化材料na0.23tio2。

实施例4

本实施例的步骤1中，将6.64gti(so4)2(纯度98.0％)和9.0gnaoh(纯度96％)加入108ml去离子水中，搅拌均匀，所得混合液中naoh的浓度为2.0mol/l、ti(so4)2的浓度为0.25mol/l，其他步骤与实施例1相同，得到半导体光催化材料na0.23tio2。

实施例5

本实施例的步骤2中，将步骤1离心洗涤后的产物加入108ml去离子水中，再加入2.25gnaoh，搅拌均匀，使混合液中naoh浓度为0.5mol/l，其他步骤与实施例1相同，得到半导体光催化材料na0.23tio2。

实施例6

本实施例的步骤2中，将步骤1离心洗涤后的产物加入108ml去离子水中，再加入3.6gnaoh，搅拌均匀，使混合液中naoh浓度为0.8mol/l，其他步骤与实施例1相同，得到半导体光催化材料na0.23tio2。

发明人对上述实施例1～4步骤1所得产物采用x-射线粉体衍射仪(xrd,rigakud/max2550diffractometer)进行表征，结果见图1。由图1可见，当第一步水热反应中naoh浓度为1.2mol/l时，开始生成物质na0.23tio2，但是当naoh浓度高于1.2mol/l时又生成另外一种物相na2ti3o7，并且随着naoh浓度的增加na2ti3o7的含量也在增加。

发明人对上述实施例1、5、6步骤2所得产物采用x-射线粉体衍射仪(xrd,rigakud/max2550diffractometer)、场发射扫描电子显微镜(fesem,fei,usa)和场发射透射电子显微镜(hrtem,feitecnaig²f20s-twin)进行表征，结果见图2～4。由图2可见，当第一步水热反应中naoh浓度为1.2mol/l时，随着第二次水热反应中naoh浓度的增加，生成物中na2ti3o7含量逐渐较少，直到第二次加入naoh浓度为0.8mol/l的时候，得到纯相na0.23tio2。由图3和4可见，制备出来的na0.23tio2材料大部分呈纳米线状。

为了证明本发明的有益效果，发明人采用实施例6制备的na0.23tio2(简写为nto)光催化降解罗丹明b，具体方法如下：

向100ml浓度为20mg/l罗丹明b水溶液中加入20mgna0.23tio2，在300w金卤灯照射下(模拟太阳光)进降解实验，实验期间温度维持在20℃左右，降解时间为90分钟。采用u-6010uv-vis分光光度计(hitachi，japan)测试其光催化性能，结果见图5、6。由图5可以看出，降解90分钟后波长554nm处的罗丹明b特征峰基本消失，说明浓度为20mg/l的罗丹明b彻底降解，显示出材料na0.23tio2具有高效和稳定的光催化性能。由图6可见，纯na0.23tio2的光催化性能优于传统光催化剂p25的光催化性能。