一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能材料中二氧化钛光催化材料领域，具体涉及一种纳米棒二氧化钛 粉末的制备方法。
【背景技术】
[0002] 进入21世纪，人类面临着能源缺乏和环境污染两个非常严峻的问题，开发清洁的 可再生能源已迫在眉睫。氢能具有高燃烧值、燃烧产物无环境污染等优点。因此，利用太阳 能通过光催化分解水制氢已经成为一种开发氢能的新途径，受到相关领域研究者的高度关 注。
[0003] 经过30多年的研究，到目前为止开发出了多个可见光响应的催化剂体系，1102以 其优越的光催化性能、耐化学、光化学腐蚀、成本低、无毒等特点成为光催化领域中的明星 材料。然而TiO 2禁带宽度大于3. OeV，仅能吸收占整个太阳光谱不到5%的紫外光，太阳能 利用率低，量子产率低，限制了其实际应用。因此制备窄带隙的TiO 2成为从根本上提高光 催化性能的有效手段。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有制备二氧化钛光催化剂的方法复杂，光催化剂的催 化性能较弱的问题，而提供一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法。
[0005] 本发明含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法按下列步骤实现：
[0006] -、将1182粉末加入到反应容器中，向反应容器中加入浓度为0. 2?0. 8mol/L的 盐酸溶液，磁力搅拌均匀，得到反应浑浊液；
[0007] 二、将步骤一得到的反应浑浊液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，密封后将反应釜 放入恒温箱中以160?200°C的温度进行水热反应，得到水热后的反应液；
[0008] 三、对水热后的反应液离心分离，收集的固相物先经去离子水洗涤3?5次，再使 用无水乙醇洗涤3?5次，干燥后得到含硼十字架状二氧化钛光催化剂。
[0009] 本发明水热法制备十字架状二氧化钛光催化剂，是以水溶液作为反应体系，通过 对反应体系加热、加压（或自生成蒸汽压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常 难溶或不溶的物质溶解并且重结晶来制备光催化剂，加温加压下水溶液特殊的粘度、介电 常数、溶解度环境，有利于制得纯度较高且形貌均一稳定的二氧化钛光催化剂材料。
[0010] 本发明含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法包含以下有益效果：
[0011] 1、与传统氯化法、钛醇盐溶胶-凝胶法相比，本发明成本低、污染小，仅用一步水 热就能制备得到二氧化钛光催化剂，无需预处理，制备工艺简单；
[0012] 2、该一步水热法制备二氧化钛光催化剂材料拓宽了二氧化钛形貌，改变合成方 法，提高二氧化钛光催化剂的催化效率，一小时的光催化产氢量能到到6 μ mol/g。
【附图说明】
[0013] 图1为实施例1得到的含硼十字架状二氧化钛光催化剂的SEM图；
[0014] 图2为实施例1得到的含硼十字架状二氧化钛光催化剂的XRD图谱；
[0015] 图3为实施例1得到的含硼十字架状二氧化钛光催化剂的EDS能谱；
[0016] 图4为实施例2得到的含硼十字架状二氧化钛光催化剂的SEM图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0017] 一：本实施方式含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法按下列 步骤实施：
[0018] 一、将TiB$v末加入到反应容器中，向反应容器中加入浓度为0· 2?0· 8mol/L的 盐酸溶液，磁力搅拌均匀，得到反应浑浊液；
[0019] 二、将步骤一得到的反应浑浊液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，密封后将反应釜 放入恒温箱中以160?200°C的温度进行水热反应，得到水热后的反应液；
[0020] 三、对水热后的反应液离心分离，收集的固相物先经去离子水洗涤3?5次，再使 用无水乙醇洗涤3?5次，干燥后得到含硼十字架状二氧化钛光催化剂。
[0021] 本实施方式使用钛源为TiB2，采用一步水热法合成二氧化钛光催化剂，无需进行 预处理。步骤一通过调节反应中盐酸的浓度，获得不同均一稳定形貌的二氧化钛粉末。HCl 浓度越低时，生成的1102晶体越细。当HCl浓度为4mol/L时，生成的光催化剂呈台状，晶 体比较粗，并且很短。当HCl浓度下降到2mol/L时，生成的样品已经由台状变成了柱体，晶 体依然较粗。HCl浓度为lmol/L时，呈现了比较规则的棱柱体，已经出现了比较细的晶体。 HCl浓度为0. lmol/L时，绝大部分晶体都呈现比较细的柱状，形貌基本均一。
[0022] 本实施方式一步水热法制备得到的二氧化钛相比于其他二氧化钛，此二氧化钛的 Ti-O键长度增长。Ti-O键增长并结合周围的间隙硼原子，使得Ti-O键的强度被削弱，使得 氮元素也更容易进入二氧化钛中。导致了电子密度的下降，置换能量降低，有利于光生电子 空穴的分离。这种现象，主要是由于置换能降低所导致的协同效应，以及由于存在预掺杂的 间隙硼原子所导致的化学稳定性的改善。
[0023] 本实施方式制备得到的二氧化钛光催化剂材料的粉体颗粒均匀、结晶度好、纯度 高，产品均一稳定，微观形貌为十字架状。
【具体实施方式】 [0024] 二：本实施方式与一不同的是步骤一中1182粉末的粒 径为100?300nm。其它步骤及参数与一相同。
【具体实施方式】 [0025] 三：本实施方式与一或二不同的是步骤一中向反应容 器中加入浓度为〇. 3?0. 7mol/L的盐酸溶液。其它步骤及参数与一或二相 同。
[0026]
【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是步骤二密封后 将反应釜放入恒温箱中以175?185°C的温度进行水热反应。其它步骤及参数与具体实施 方式一至三之一相同。
【具体实施方式】 [0027] 五：本实施方式与四不同的是步骤二密封后将反应釜 放入恒温箱中以180°C的温度进行水热反应。其它步骤及参数与四相同。
【具体实施方式】 [0028] 六：本实施方式与一至五之一不同的是步骤二水热反 应的时间为24?48h。其它步骤及参数与一至五之一相同。
【具体实施方式】 [0029] 七：本实施方式与一至六之一不同的是步骤三对水热 后的反应液离心分离，其中离心的转速为l〇〇〇〇r/min。其它步骤及参数与一 至六之一相同。
【具体实施方式】 [0030] 八：本实施方式与一至七之一不同的是步骤三所述的 干燥是在40?60°C的干燥箱中进行的。其它步骤及参数与一至七之一相同。
[0031] 实施例1 :本实施例含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法按下列步骤实 施：
[0032] -、将0,1lOOg TiB2粉末加入到烧杯中，向烧杯中加入12mL浓度为0. 71mol/L的 盐酸溶液，磁力搅拌均匀，得到反应浑浊液；
[0033] 二、将步骤一得到的反应浑浊液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，填充度控制在 80%，密封后将反应釜放入恒温箱中以180°C的温度进行水热反应24h，待反应釜自然冷却 后得到水热后的反应液；
[0034] 三、对水热后的反应液离心分离，收集的固相物先经去离子水洗涤3次，再使用无 水乙醇洗涤3次，在50°C的烘箱中干燥得到含硼十字架状二氧化钛光催化剂。
[0035] 本实施例制备得到的含硼十字架状二氧化钛光催化剂材料光催化产氢性能如下 表，其中光源为300w氙灯。
【主权项】
1. 一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在于是按下列步骤实现： 一、 将1182粉末加入到反应容器中，向反应容器中加入浓度为0. 2?0. 8mol/L的盐酸 溶液，磁力搅拌均匀，得到反应浑浊液； 二、 将步骤一得到的反应浑浊液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，密封后将反应釜放入 恒温箱中以160?200°C的温度进行水热反应，得到水热后的反应液； 三、 对水热后的反应液离心分离，收集的固相物先经去离子水洗涤3?5次，再使用无 水乙醇洗涤3?5次，干燥后得到含硼十字架状二氧化钛光催化剂。
2. 根据权利要求1所述的一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在 于步骤一中TiB2粉末的粒径为100?300nm。
3. 根据权利要求1所述的一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在 于步骤一向反应容器中加入浓度为0. 3?0. 7mol/L的盐酸溶液。
4. 根据权利要求1所述的一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在 于步骤二密封后将反应釜放入恒温箱中以175?185°C的温度进行水热反应。
5. 根据权利要求4所述的一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在 于步骤二密封后将反应釜放入恒温箱中以180°C的温度进行水热反应。
6. 根据权利要求1所述的一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在 于步骤二水热反应的时间为24?48h。
7. 根据权利要求1所述的一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在 于步骤三对水热后的反应液离心分离，其中离心的转速为l〇〇〇〇r/min。
8. 根据权利要求1所述的一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，其特征在 于步骤三所述的干燥是在40?60°C的干燥箱中进行的。
【专利摘要】一种含硼十字架状二氧化钛光催化剂的制备方法，本发明涉及一种光催化剂材料的制备方法，它为了解决现有制备二氧化钛光催化剂的方法复杂，得到的二氧化钛光催化剂的催化性能较弱的问题。制备方法：一、将TiB2粉末加入到浓度为0.2～0.8mol/L的盐酸溶液，搅拌均匀，得到反应浑浊液；二、将反应浑浊液转移到反应釜中进行水热反应；三、分离收集的固相物经洗涤、干燥后得到二氧化钛光催化剂。本发明的工艺方法简单、操作便捷。通过调节反应中盐酸的浓度来控制二氧化钛的形貌为十字架状，所制备的光催化剂材料粉体颗粒均匀、结晶度好、纯度高，光催化性能良好。
【IPC分类】B01J21-06, C01B3-04
【公开号】CN104607165
【申请号】CN201510069671
【发明人】于耀光, 张相彬, 陈刚, 敖冬飞, 马天晔, 贾政刚
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月10日