本发明涉及半导体光催化材料,具体涉及一种二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜及其制备方法和应用。
背景技术:
1、近年来,由于气候变暖、环境恶化及能源消耗等现实问题给人类社会带来了一系列严峻挑战。半导体光催化是一个前沿的研究方向,不仅能够光催化分解水产氢作为清洁能源,而且,还可以光催化降解污染物,具有广阔的应用场景。
2、二氧化钛具有光催化活性高、化学稳定性好、绿色环保及价廉等特点,在污水处理、有机污染物降解、催化制氢、抗菌、抗癌及自清洁等方面有巨大的应用前景。然而,二氧化钛半导体禁带宽、光谱范围窄、光量子效率低等问题,限制了其光催化性能,因此,迫切需要一种提高其催化性能的方法。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜及其制备方法和应用,以解决现有二氧化钛光催化活性低的问题。
2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下:提供一种二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,包括以下步骤:
3、(1)将ti片溶于过氧化氢和乙醇的混合溶液中,滴加到hf溶液中,搅拌,得到反应溶液;
4、(2)将步骤(1)制得的反应溶液于150-200℃保温8-12h,冷却至室温,然后冲洗和干燥,制得二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜。
5、在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进:
6、进一步,步骤(1)中,过氧化氢、乙醇和的hf溶液体积比为0.8-1.2:10-20:0.1。
7、进一步,步骤(1)中,过氧化氢、乙醇和的hf溶液体积比为1:15:0.1。
8、进一步,步骤(1)中,ti片和过氧化氢的尺寸体积比为(1-3)cm×(1-3)cm:0.8-1.2ml。
9、进一步,步骤(1)中,ti片和过氧化氢的尺寸体积比为2cm×2cm:1ml。
10、进一步,步骤(1)中,hf溶液的浓度为35-45wt%。
11、进一步,步骤(1)中,hf溶液的浓度为40wt%。
12、进一步,步骤(1)中,搅拌18-22min。
13、进一步,步骤(1)中,搅拌20min。
14、进一步,步骤(2)中,将反应溶液置于高压反应釜中进行保温操作。
15、进一步,采用烘箱进行保温操作。
16、进一步,步骤(2)中,于180℃保温10h。
17、进一步,步骤(2)中,采用去离子水冲洗。
18、进一步,步骤(2)中,于80-110℃条件下干燥。
19、进一步,步骤(2)中,于100℃条件下干燥。
20、本发明还提供上述方法制得的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜。
21、本发明还提供上述二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜在作为光催化剂方面的应用。
22、本发明具有以下有益效果:
23、1、本发明采用二氧化钛与禁带窄、光谱范围广的半导体材料三氟化钛耦合形成二型异质结,具有较低的载流子复合效率,以此来提高光催化活性。
24、2、本发明制备的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜从两个方面增强光催化活性:首先,二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的微观形貌为纳米级盒状颗粒状,相比一般的二氧化钛薄膜具有更大的比表面积,能提供更多的反应活性位点,使得水分子与其充分接触反应,进而表现为良好的光催化活性及超亲水性能;其次,二氧化钛掺杂ti3+后,扩大了可见光的吸收范围,提高电荷分离效率。
25、3、本发明制备的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜在与蒸馏水接触30min后静接触角为20°,表现为超亲水特性,可应用于污染物降解等广泛场景。
26、4、本发明采用一步溶剂热法制备得到二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜,操作过程简单,制备条件温和,具备工业化推广生产的前景。
1.一种二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,过氧化氢、乙醇和的hf溶液体积比为0.8-1.2:10-20:0.1。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,ti片和过氧化氢的尺寸体积比为(1-3)cm×(1-3)cm:0.8-1.2ml。
4.根据权利要求1所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,hf溶液的浓度为35-45wt%。
5.根据权利要求1所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,搅拌18-22min。
6.根据权利要求1所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,将反应溶液置于高压反应釜中进行保温操作。
7.根据权利要求1所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,采用去离子水冲洗。
8.根据权利要求1所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,于80-110℃条件下干燥。
9.权利要求1-8所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜的制备方法制得的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜。
10.权利要求9所述的二氧化钛/三氟化钛盒状薄膜在作为光催化剂方面的应用。