一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料的制作方法
【專利說明】一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料的制備方法，
屬于光催化材料技術領域。
【背景技術】
[0003]半導體1102光催化材料因其具有較高的光催化活性和無毒性而被廣泛的研宄，然而將其大規模應用于實際污染的治理還需要解決許多問題，其中就包括半導體T12光催化材料活性的提高。影響半導體1102光催化材料光催化活性的因素主要包括晶型、結晶度、晶體粒徑、比表面積、形貌及孔結構等。異質結材料因具有特殊的能帶結構和載流子特殊的輸送性能，能夠在反應中抑制光生電子-空穴復合，提高量子效率。
[0004]異質結結構1102光催化劑的制備一般采用溶膠凝聚法、水熱法、沉淀法、微乳液法等，水熱法因其操作簡單，受到眾多人的青睞，形成的納米異質因其結構型態不同，采光、電荷傳遞和傳質等所有的光催化的過程也會不一樣，如果有效異質結面積較小，光致電荷被分離后需要經過復雜的途徑才能夠傳遞到異質結表面，而且采光和傳質效率很低，這些缺點使異質結的作用遠遠不如預期。為此，本發明從同種材料不同晶相形成異質結角度出發，通過水熱反應先制備出銳鈦礦型二氧化鈦納米棒，然后經水熱反應，將銳鈦礦型二氧化鈦納米棒作為二氧化鈦納米片生長的基體，并通過控制納米棒與納米片的質量比，得到光催化性優異的二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料的制備方法，具體制備方法包括如下步驟:
(I)銳鈦礦型二氧化鈦納米棒的合成
無定型二氧化鈦與氫氧化鈉的摩爾比按照1:32，將無定型二氧化鈦加入到NaOH溶液中混合均勻后，在100?120°C條件下反應24h，產物自然冷卻后經離心分離，得到的白色濾餅用去離子水清洗至pH為8?10，洗滌后的濾餅再經10000r/min離心處理I?5min，得到鈦酸鈉鹽；將制得的鈦酸鈉鹽按1:20?50的質量比分散于去離子水中，并在200°C加熱反應18?24h后自然冷卻，產物再經離心分離、去離子水洗滌和真空干燥處理，制得銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。
[0006](2) 二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料的制備
將步驟(I)中制得的銳鈦礦型二氧化鈦納米棒溶解在異丙醇中并超聲分散均勻，然后在溶液中加入定量的二乙烯三胺和鈦酸四異丙酯，二氧化鈦納米棒、二氧化鈦納米片質量比控制在1:1?3:1 ;將上述的反應混合物攪拌均勻，并在200°C加熱反應18?24h后自然冷卻，再經離心分離得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒濾餅；所得到的濾餅分別經去離子水洗滌、60°C真空干燥處理、400°C煅燒I?10h，得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料。
[0007]所述的無定型二氧化鈦可以是氣相二氧化鈦P25、納米二氧化鈦。
[0008]所述的400°C煅燒1-1Oh的升溫速率可以是I?5°C /min。
[0009]所述二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料中，嫁接于二氧化鈦納米棒表面的二氧化鈦納米片與二氧化鈦納米棒的質量比例為1:3?3:1。
[0010]本發明的優點是:
本發明二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料較現有二氧化鈦具有更好的光催化性能，復合后的異質結材料有效異質結面積增大，光致電荷被分離后可以很快傳遞到異質結表面，而且采光和傳質效率增大。本發明通過控制在二氧化鈦納米棒基材上外延生長的二氧化鈦納米片的質量比例，得到的光催化效果優異的異質結復合材料用作光催化劑，用于降解甲基橙、甲基藍、羅丹明B、孔雀石綠、雙酚A等多種有機染料污染物，可在40min之內，能使有機染料的降解效率接近降解完全，循環5次后，光催化降解甲基橙效率仍然保持在90%以上。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料SEM圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例1
將氣相二氧化鈦P25加入到NaOH溶液中，攪拌均勻后將其轉移到反應釜中，100?120°C加熱反應24h ;取出反應釜，讓其自然冷卻，反應產物經離心分離得到白色濾餅，并用去離子水清洗，重復幾遍直到洗滌液的pH=8?10，再經離心處理，得到濕的鈦酸鈉鹽。取上述步驟中制備的濕鈦酸鈉鹽Ig分散在20ml去離子水中，攪拌均勻后將其轉移到反應釜中，并將其在200°C加熱反應24h，取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到銳鈦礦型二氧化鈦納米棒濾餅，用去離子水洗滌濾餅后，再經真空中干燥10h，得到形狀較勻的銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。
[0013]實施例2
將無定型二氧化鈦加入到NaOH溶液中，攪拌均勻后將其轉移到反應釜中，100?120°C加熱24h;取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到白色沉淀，并用去離子水清洗，重復幾遍直到溶液pH=8?10，最后使用高速離心，得到濕的鈦酸鈉鹽。取上述步驟中制備的濕的鈦酸鈉鹽Ig分散在30ml去離子水中，攪拌均勻后將其轉移到反應釜中，并將其在200°C加熱24h，取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到銳鈦礦型二氧化鈦納米棒濾餅，并用去離子水沖洗，再經真空中干燥10h，得到形狀較勻的銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。
[0014]實施例3
將氣相二氧化鈦P25加入到NaOH溶液中，攪拌均勻后將其轉移到反應釜中，100-120°C加熱24h ;取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到白色沉淀，并用去離子水清洗，重復幾遍直到溶液pH=8-10，最后使用高速離心，得到濕的鈦酸鈉鹽。取上述步驟中制備的濕的鈦酸鈉鹽Ig分散在40ml去離子水中，攪拌均勻后將其轉移到反應釜中，并將其在200°C加熱24h，取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到銳鈦礦型二氧化鈦納米棒沉淀，并用去離子水沖洗，產物最后在真空中干燥10h，得到形狀較勻的銳鈦礦型二氧化鈦納米棒。
[0015]實施例4
將無定型二氧化鈦加入到NaOH溶液中，攪拌均勻后將其轉移到反應釜中，100-120°C加熱24h ;取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到白色沉淀，并用去離子水清洗，重復幾遍直到溶液pH=8-10，最后使用高速離心，得到濕的鈦酸鈉鹽。取上述步驟中制備的濕的鈦酸鈉鹽Ig分散在50ml去離子水中，攪拌均勻后將其轉移到反應釜中，并將其在200°C加熱24h，取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到銳鈦礦型二氧化鈦納米棒沉淀，并用去離子水沖洗，產物最后在真空中干燥10h，得到形狀最為均勻的二氧化鈦納米棒實施例5
將實施例4中制得的二氧化鈦納米棒0.067g溶解在異丙醇中并超聲分散均勻，然后在溶液中加入0.06ml 二乙烯三胺和1.30ml鈦酸四異丙酯，攪拌均勻后其轉移到反應釜中，并在200°C加熱19h，取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒沉淀，并用去離子水沖洗，產物在60°C干燥過夜。然后400°C煅燒2h，升溫速率rc /min,得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料。
[0016]實施例6
將實施例4中制得的二氧化鈦納米棒0.20g溶解在異丙醇中并超聲分散均勻，然后在溶液中加入0.2ml 二乙烯三胺和1.30ml鈦酸四異丙酯，攪拌均勻后其轉移到反應釜中，并在200°C加熱18h，取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒沉淀，并用去離子水沖洗，產物在60°C干燥過夜。然后400°C煅燒3h，升溫速率rc /min,得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料。
[0017]實施例7
將實施例4中制得的二氧化鈦納米棒0.60g溶解在異丙醇中并超聲分散均勻，然后在溶液中加入0.1ml 二乙烯三胺和1.30ml鈦酸四異丙酯，攪拌均勻后其轉移到反應釜中，并在200°C加熱24h，取出反應釜，讓其自然冷卻，離心分離得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒沉淀，并用去離子水沖洗，產物在60°C干燥過夜。然后4000C煅燒4h，升溫速率rc /min,得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料。
【主權項】
1.一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料，其特征在于所述的復合材料制備方法包括如下步驟: (1)銳鈦礦型二氧化鈦納米棒的合成 無定型二氧化鈦與氫氧化鈉的摩爾比按照1:32，將無定型二氧化鈦加入到NaOH溶液中混合均勻后，在100?120°C條件下反應24h，產物自然冷卻后經離心分離，得到的白色濾餅用去離子水清洗至pH為8?10，洗滌后的濾餅再經10000r/min離心處理I?5min，得到鈦酸鈉鹽；將制得的鈦酸鈉鹽按1:20?50的質量比分散于去離子水中，并在200°C加熱反應18?24h后自然冷卻，產物再經離心分離、去離子水洗滌和真空干燥處理，制得銳鈦礦型二氧化鈦納米棒； (2)二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料的制備 將步驟(I)中制得的銳鈦礦型二氧化鈦納米棒溶解在異丙醇中并超聲分散均勻，然后在溶液中加入定量的二乙烯三胺和鈦酸四異丙酯，二氧化鈦納米棒、二氧化鈦納米片質量比控制在1:1?3:1 ;將上述的反應混合物攪拌均勻，并在200°C加熱反應18?24h后自然冷卻，再經離心分離得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒濾餅；所得到的濾餅分別經去離子水洗滌、60°C真空干燥處理、400°C煅燒I?10h，得到二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料。2.根據權利要求所述的一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料，其特征在于所述的無定型二氧化鈦可以是氣相二氧化鈦P25、納米二氧化鈦。3.根據權利要求所述的一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料，其特征在于所述的400°C煅燒1-1Oh的升溫速率可以是I?5°C /min。4.根據權利要求所述的一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料，其特征在于所述二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料中，嫁接于二氧化鈦納米棒表面的二氧化鈦納米片與二氧化鈦納米棒的質量比例為1:3?3:1。
【專利摘要】本發明提供一種二氧化鈦納米片嫁接二氧化鈦納米棒異質結復合材料的制備方法。本發明采用水熱反應法先制備出銳鈦礦型二氧化鈦納米棒，然后將二氧化鈦納米棒加入二氧化鈦納米片的水熱反應中，以二氧化鈦納米棒為基體，使用外延生長的方式使二氧化鈦納米片在二氧化鈦納米棒上生長，通過控制納米棒與納米片的質量比，得到具有優異光催化性能的異質結復合材料。該復合材料相較于現有二氧化鈦材料，具有優異的光催化性能，在光催化處理有機污染物領域具有很好的應用前景。
【IPC分類】B01J21/06, B01J35/02
【公開號】CN104941617
【申請號】CN201510329984
【發明人】謝宇, 胡冬生, 周盼盼, 郭若彬, 凌云
【申請人】南昌航空大學
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月16日