一种板钛矿型二氧化钛及其制备方法和应用

• 摘要：

  本发明涉及一种板钛矿型二氧化钛及其制备方法和应用,所述板钛矿型二氧化钛为单晶材料,具有棒状结构,且所述板钛矿型二氧化钛上分布有介孔.本发明通过在二氧化硅模板中生长二氧化钛晶种,然后在所得复合物中生长板钛矿型二氧化钛,除去二氧化硅后得到所述板钛矿型二氧化钛.本发明提供的板钛矿型二氧化钛为棒状的介孔单晶,形貌均一,介孔均匀分布于二氧化钛纳米棒上,且介孔尺寸可调,比表面积大,具有优异的载流子分离能力,能够有效地提高电荷分离和表面反应效率.可广泛应用于太阳能转换、光催化分解水、污染物降解或自清洁和杀菌等领域,具有良好的应用前景.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN201810135878.4

• 申请日期：

  2018.02.09

• 公开/公告号：

  CN110127757A

• 公开/公告日：

  2019-08-16

• 发明人：

  朴玲钰 曹爽 吴志娇 伏兵 于海宁

• 申请人：

  国家纳米科学中心

• 主分类号：

  C01G23/053(2006.01),C,C01,C01G,C01G23

• 分类号：

  C01G23/053(2006.01),B82Y30/00(2011.01),B82Y40/00(2011.01),C,B,C01,B82,C01G,B82Y,C01G23,B82Y30,B82Y40,C01G23/053,B82Y30/00,B82Y40/00

• 主权项：

  1.一种板钛矿型二氧化钛,其特征在于,所述板钛矿型二氧化钛为单晶材料,具有棒状结构,且所述板钛矿型二氧化钛上分布有介孔. 2.如权利要求1所述的板钛矿型二氧化钛,其特征在于,所述板钛矿型二氧化钛的长度为100-1000nm; 优选地,所述板钛矿型二氧化钛的宽度为40-500nm; 优选地,所述介孔的孔径为10-50nm. 3.如权利要求1或2所述的板钛矿型二氧化钛的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: (1)在二氧化硅模板中生长二氧化钛晶种,得到二氧化硅-二氧化钛晶种复合物; (2)在步骤(1)得到的二氧化硅-二氧化钛晶种复合物中生长板钛矿型二氧化钛,得到二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物; (3)除去步骤(2)得到的二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物中的二氧化硅,得到板钛矿型二氧化钛. 4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤(1)的具体操作为:将钛源溶液和硅胶溶液混合,将所得混合溶液干燥后进行煅烧,得到二氧化硅-二氧化钛晶种复合物. 5.如权利要求3或4所述的方法,其特征在于,所述钛源为三氯化钛或四氯化钛; 优选地,所述钛源溶液的浓度为0.01-5mol/L; 优选地,所述硅胶溶液中二氧化硅的质量分数为20-60％; 优选地,所述钛源溶液与硅胶溶液的体积比为1:(20-500); 优选地,所述干燥的温度为50-100℃; 优选地,所述干燥的时间为10-30h; 优选地,所述煅烧的温度为200-500℃; 优选地,所述煅烧的时间为1-5h. 6.如权利要求3-5任一项所述的方法,其特征在于,步骤(2)的具体操作为:将步骤(1)得到的二氧化硅-二氧化钛晶种复合物加入钛酯和盐酸溶液的混合溶液中,进行水热反应,反应完成后得到二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物. 7.如权利要求3-6任一项所述的方法,其特征在于,所述钛酯为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯; 优选地,所述盐酸溶液的浓度为5-20wt％; 优选地,所述钛酯和盐酸溶液的体积比为1:(20-500); 优选地,所述水热反应的温度为160-200℃; 优选地,所述水热反应的时间为10-30h. 8.如权利要求3-7任一项所述的方法,其特征在于,步骤(3)的具体操作为:将步骤(2)得到的二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物与碱性溶液混合,加热反应后,离心分离得到板钛矿型二氧化钛; 优选地,所述碱性溶液的浓度为2-4mol/L,优选为3mol/L; 优选地,所述碱性溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液; 优选地,所述加热温度为50-100℃,优选为80℃; 优选地,所述加热时间为0.5-2h,优选为1h. 9.如权利要求3-8任一项所述的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: (1)按照1:(20-500)的体积比,将浓度为0.01-5mol/L的三氯化钛或四氯化钛溶液和二氧化硅质量分数为20-60％的硅胶溶液混合,将所得混合溶液在50-100℃下干燥10-30h,然后在200-500℃下煅烧1-5h,得到二氧化硅-二氧化钛晶种复合物; (2)将步骤(1)得到的二氧化硅-二氧化钛晶种复合物加入钛酯和盐酸溶液的混合溶液中,在160-200℃下水热反应10-30h,反应完成后得到二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物;所述钛酯为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯,盐酸溶液的浓度为5-20wt％,二者的体积比为1:(20-500); (3)将步骤(2)得到的二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物与浓度为2-4mol/L的氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液混合,加热至50-100℃反应0.5-2h,离心分离得到板钛矿型二氧化钛. 10.如权利要求1或2所述的板钛矿型二氧化钛的用途,其特征在于,所述板钛矿型二氧化钛作为催化剂应用于太阳能转换、光催化分解水、污染物降解或自清洁和杀菌中.