本發明專利技術公開了一種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，通過控制原料的比例、陳化時間和溫度以及超臨界萃取的條件，得到一種粒子均勻，尺寸在50-200nm之間，厚度10-20nm之間，且具有很好的結晶度和明顯的單晶衍射的二氧化鈦納米片。本發明專利技術制備過程簡便、反應條件可控性強、合成時間短且合成過程中不需要引入其它復合半導體或摻雜有可見光響應的元素，反應后無需再處理；發明專利技術所制備的產品在環境治理、光解水產氫、染料敏化太陽能電池、光電材料等方面有著潛在的應用價值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光催化劑領域，具體是ー種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成エ藝。
技術介紹
TiO2是ー種重要的半導體光催化劑，TiO2因為其綠色無毒、催化活性高、化學穩定性好、價廉易得等受到青睞，成為典型的光催化劑。ニ氧化鈦的光催化性能主要取決于晶相、結晶度、比表面、結構以及暴露的晶面。研究表明，銳鈦礦ニ氧化鈦晶體各晶面的平均表面能為0. 90J · πΓ2{001} > O. 53J · πΓ2{100} > O. 44J · πΓ2{101}。因此，在銳鈦礦ニ氧化鈦晶體中，1001}高能晶面的反應活性要高于{101}晶面，目前合成的ニ氧化鈦主要還是以高能量的1001}晶面暴露為主。同時由于銳鈦礦相的TiO2帶隙較寬( 3. 2eV)，光吸收波長主要局限在紫外區域，對太陽光的利用率較低(大約為5%);電子空穴復合率比較高，量子效率較低，這些都限制了納米TiO2材料在光催化中的應用。因此，如何解決這些問題以提高TiO2的可見光催化活性成為ー個研究的熱點。目前，國內外研究者通過改變納米結構的形貌、尺寸，通過貴金屬沉積、半導體復合、金屬摻雜、非金屬摻雜和共摻雜等各種方法來增強TiO2光催化劑可見光吸收和提高TiO2光催化效率。但是這些エ藝過于復雜，限制了 TiO2光催化劑的應用。因此，研究ー種快速簡單的制備{001}面暴露的ニ氧化鈦納米片十分必要。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供了ー種快速合成エ藝，采用超臨界流體萃取方法，經過臨界高溫高壓處理，得到{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片。本專利技術采用的技術方案如下—種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成エ藝，包括如下步驟(I)將摩爾比為I : O. 75 I : 4的鈦酸丁酯和四氟化鈦溶于溶劑A中得到溶液B ；(2)將溶液B在35 45°C下陳化48h 50h ；(3)將陳化后得到的產物以こ醇為萃取劑，在6 14MPa，230 290°C超臨界狀態下陳化0.5 8h，通過超臨界萃取得到{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片。步驟(I)中的溶劑A為濃度為15 20wt%的硝酸的醇水溶液；所述醇與水的體積比為I : 20 I : 25，所述醇優選こ醇。步驟(I)中Ti元素與溶劑A的摩爾體積比為7 20 7 105，優選7 105。步驟⑵中優選40°C下陳化48h。步驟(3)中優選260°C下陳化2h。本專利技術制備過程簡便、反應條件可控性強、合成時間短且合成過程中不需要引入其它復合半導體或摻雜有可見光響應的元素，反應后無需再處理；所合成{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片粒子均勻，納米片尺寸在50-200nm之間可調，厚度10-20nm之間可調，且具有很好的結晶度和明顯的單晶衍射；因此，本專利技術所制備的產品在環境治理、光解水產氫、染料敏化太陽能電池、光電材料等方面有著潛在的應用價值。附圖說明圖I為實施例I所得{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片形貌的FESEM圖譜。 圖2為實施例I所得{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的TEM圖。圖3為實施例I所得{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的XRD圖。圖4為實施例I所得{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的UV-vis DRS 圖。具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本專利技術。實施例I將摩爾比為I : 2的鈦酸丁酯和四氟化鈦一起溶于I. 25mL20wt%硝酸水溶液和25mL乙醇的混合溶液中，在40°C下陳化48h形成凝膠，然后再放入裝有250mL乙醇的超臨界反應釜中，在10MPa，260°C下陳化2h萃取，最后等萃取降溫后直接收取樣品。圖I為本實施例所得{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片形貌的FESEM圖譜，從圖中可以看出樣品是單晶納米片。圖2為本實施例所得{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的 Μ圖，大小在200nm左右，厚度為IOnm左右，樣品的電子衍射表明為單晶結構。圖3為本實施例所得{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的XRD圖，表明樣品具有很好的結晶度。圖4為本實施例所得{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的UV-vis DRS圖，表明樣品具有可見光響應。實施例2重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在270°C下陳化2h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片變大變薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例3重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在280°C下陳化2h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片變的相對更大更薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例4重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在230°C下陳化2h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片較小，也很厚。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例5重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在260°C下陳化O. 5h萃取，結果和實施例I類似，但是沒有形成規則的納米片。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例6 重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在260°C下陳化4h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片變大變薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例7重復實施例I的操作步驟，不同之處在于超臨界反應釜中，在260°C下陳化8h萃取，結果和實施例I類似，但是納米片變的更大更薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例8重復實施例I的操作步驟，不同之處在于鈦酸丁酯和四氟化鈦的摩爾比為I O. 75，結果和實施例I類似，但是納米片很小，類似于小顆粒。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。實施例9重復實施例I的操作步驟，不同之處在于鈦酸丁酯和四氟化鈦的摩爾比為I : 4，結果和實施例I類似，但是納米片變的相對較大較薄。樣品的微觀結構與實施例I 一致，結晶度與實施例I 一致，漫反射結果表明樣品具有可見光響應。上述實施例應理解為僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的保護范圍。在閱讀了本專利技術記載的內容之后，本領域技術人員可以對本專利技術作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本專利技術權利要求所限定的范圍。權利要求1.一種{001}面暴露的具有氧缺陷的可見光二氧化鈦納米片的合成工藝，其特征在于，包括如下步驟(1)將摩爾比為I: O. 75 I : 4的鈦酸丁酯和四氟化鈦溶于溶劑A中得到溶液B ； (2)將溶液B在35 45°C下陳化48h 50h； (3)將陳化后得到的產物以乙醇為萃取劑，在6 14MPa，230 290°C超臨界狀態下陳化0.5 8h，通過超臨界萃取得到{001}面暴露的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李和興，張鵬，朱建，李貴生，
申請(專利權)人：上海師范大學，
類型：發明
國別省市：
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