板钛矿二氧化钛纳米晶及其制备方法和用途.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102718253A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102718253A(43)申请公布日2012.10.10(21)申请号201210204324.8(22)申请日2012.06.20(71)申请人中国科学院福建物质结构研究所地址350002福建省福州市杨桥西路155号(72)发明人李广社林海峰李丽萍关翔锋黄新松(51)Int.Cl.C01G23/047(2006.01)B01J23/42(2006.01)B01J23/52(2006.01)B01J23/50(2006.01)B01J23/44(2006.01)C02F1/32(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书55页页附图附图33页(54)发明名称板钛矿二氧化钛纳米晶及其制备方法和用途(57)摘要本发明公开了一种板钛矿二氧化钛纳米晶及其制备方法。该纳米晶具有规则的切角四方形轮廓；颗粒大小均一，长度为60~80nm，宽度为40~60nm，厚度为15~30nm；裸露晶面为四个{210}，两个{101}和两个{201}。这些具有特殊晶面暴露的纯相和贵金属负载型板钛矿二氧化钛纳米晶显示出了优越的光催化活性，它们在催化及其相关的领域具有非常广阔的应用前景。CN1027853ACN102718253A权利要求书1/1页1.一种板钛矿二氧化钛纳米晶，其特征在于：该纳米晶具有规则的切角四方形轮廓；颗粒大小均一，长度为60~80nm，宽度为40~60nm，厚度为15~30nm；裸露晶面为四个{210}，两个{101}和两个{201}。2.一种板钛矿二氧化钛纳米晶的制备方法，包括如下步骤：使用TiCl4为钛源在去离子水中水解成可溶性的含钛络合物，然后加入尿素作为原位的氢氧根来源，乳酸钠为络合剂和表面活性剂，经过水热处理得到纯相板钛矿纳米晶。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：TiCl4水解后含钛络合物溶液的浓度为0.2~0.5M，加入的尿素浓度为1.0~2.0M，乳酸钠浓度为0.2~0.5M。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：反应温度设定为180oC~300oC，反应时间10~48h。5.一种贵金属负载型板钛矿二氧化钛纳米晶，其特征在于：权利要求1所述的板钛矿二氧化钛负载贵金属金、银、铂、钯对应的可溶性盐中的一种或几种。6.一种权利要求5所述的贵金属负载型板钛矿二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于：配制可溶性贵金属盐和异丙醇的水溶液，将由权利要求1所述的板钛矿纳米晶分散于上述溶液中，使用紫外灯源光照悬浮液，得到贵金属负载型板钛矿二氧化钛纳米晶。7.根据权利要求5所述的贵金属负载型板钛矿二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于：所述可溶性贵金属盐溶液的体积为100-300mL，所述异丙醇的浓度为0.1-1M，所述贵金属的负载量为0.1-20wt%。8.权利要求1或5所述的板钛矿二氧化钛纳米晶在光催化反应中的应用。2CN102718253A说明书1/5页板钛矿二氧化钛纳米晶及其制备方法和用途技术领域[0001]本发明属于纳米材料领域，涉及一种具有特殊裸露晶面的纯相和贵金属负载型板钛矿二氧化钛纳米晶光催化材料及其制备方法。背景技术[0002]纳米材料由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应等，使得其在催化、磁性、电学和光学等方面呈现出不同于宏观材料的特殊性能。借助于纳米材料的特殊性质，半导体材料在光、电、磁、传感器等领域的应用得到了很大的扩展。其中，二氧化钛作为一类用途广泛的半导体材料，在催化和光催化、白色颜料和清洁涂层以及染料敏化太阳能电池等领域内都发挥着重要作用。近年来，控制合成具有清晰晶面特别是高能面裸露的无机纳米材料已经成为许多领域的热点之一，由于这些材料的很多独特的光学，电学，以及催化等性能都来源于形貌效应。[0003]作为一类非常优异的光催化材料，二氧化钛具有无毒，高活性和稳定性的独特优势。二氧化钛在自然界中主要有三种晶型，即锐钛矿、金红石和板钛矿。其中，锐钛矿和金红石由于比较容易合成而在理论和实际应用各方面都得到了很深入的研究和应用。然而，作为一种亚稳相的板钛矿常常出现在锐钛矿和金红石的混合相中，而纯相板钛矿的合成则相当困难。尽管有使用钛酸盐或者含钛的络合物为前驱体制备板钛矿的报道，然而这些方法具有很多明显的缺陷，比如采用强碱性(pH≥10)或者强酸性(pH≤2)的溶液，较高的反应温度(≥220oC)和较长的反应时间(≥48h)以及复杂的制备过程等，在很大程度上限制了板钛矿晶型二氧化钛的规模化生产和应用；除此之外，具有特定晶面暴露的纳米尺度(≤100nm)板钛矿的合成则更加困难，文献上鲜有报道。本发明提出的制备高纯度的板钛