一种Ag2O团簇插层的钛氧化物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Ag2O团簇插层的钛氧化物及其制备方法和应用，属于光催化材料领域。将纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子加入到AgNO3溶液中，避光并充分搅拌反应后，过滤、洗涤、干燥，得到可见光响应的Ag2O团簇插层的钛氧化物粉体。与固相高温掺杂改性和异质半导复合相比，本方法仅通过一步法就可以制备出具有优良可见光催化活性的产品，具有改性速度快，工艺过程简单，易于控制，适宜在大批量生产等优点。本发明专利技术方法制备的可见光响应的层状钛酸光催化剂的TiO6八面体层间存在大量的Ag2O团簇，调整能带结构，同时增强了光催化活性，比商业化二氧化钛P25的可见光催化活性都强，因此，在降解环境污染物或有机物方面存在广泛应用。

A kind of Ag

The invention discloses a Ag

【技术实现步骤摘要】
一种Ag2O团簇插层的钛氧化物及其制备方法和应用
本专利技术属于光催化材料领域，具体涉及一种Ag2O团簇插层的钛氧化物及其制备方法和应用。
技术介绍
纤铁矿结构的层状钛氧化物(例如：H1.07Ti1.73O4、H2Ti4O9、H2Ti5O11、H0.67Ti1.83O4等)简称HTO，作为一种代表性的具有开放结构TiO2衍生物而备受关注。HTO是由共边联结的TiO6八面体层构成的主体层和层间的水合氢离子组成的。TiO6八面体层中的钛空位可导致主体层带负电荷，因此其它一些客体物质，如带正电荷的离子或分子等，很容易通过静电力的作用进入主体层间，却不破坏其层状结构。因此，以层状HTO作为前驱体在各种钛酸盐可控设计合成领域中具有巨大潜力。层状HTO由于其具有良好的光催化活性，被广泛的应用于光催化领域，但是其禁带宽度较大(Eg＝3.1～3.5eV)，只能在紫外光下响应，而紫外光在太阳光谱中仅占约5％，因此这也限制了它的实际应用。为了提高层状HTO对太阳光的利用率，目前主要是通过对层状钛氧化物进行形貌控制、掺杂改性、半导体复合、贵金属负载等，例如，采用可见光响应的纳米粒子或者团簇作为量子点负载在层状HTO表面，来有效地提高其可见光催化性能。而将这些纳米粒子或者团簇引入到层状化合物层间的报道比较少。TaeWooKim等人通过剥离-重组-热处理三步法制备了插层的CrOx–Ti1.83O4三维材料，并发现其具有较好的可见光光催化活性(Adv.Funct.Mater.2007,17,307–314)。但这些方法都存在工艺复杂，不易控制，能耗高等缺点，不适合大批量生产。专利技术内容为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种Ag2O团簇插层的钛氧化物及其制备方法和应用，该方法可以将Ag2O团簇快速的插入到层状钛氧化物的层间，形成Ag2O团簇插层的钛氧化物，提升了其对可见光的吸收效率。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种Ag2O团簇插层的钛氧化物的制备方法，将纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子加入到AgNO3溶液中，避光并充分搅拌反应后，过滤、洗涤、干燥，得到可见光响应的Ag2O团簇插层的钛氧化物粉体。优选地，纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子为H1.07Ti1.73O4、H2Ti4O9、H2Ti5O11或H0.67Ti1.83O4。优选地，纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子与AgNO3溶液的用量比为(0.5～1)g：(50～100)mL。优选地，AgNO3溶液的浓度为0.1～1mol/L。优选地，搅拌时间为0.5～12h。优选地，干燥温度为40～80℃。本专利技术还公开了采用上述制备方法制得的Ag2O团簇插层的钛氧化物，该Ag2O团簇插层的钛氧化物的TiO6八面体层间存在Ag2O团簇。该Ag2O团簇插层的钛氧化物粉体呈浅绿色。本专利技术还公开了上述Ag2O团簇插层的钛氧化物作为可见光光催化剂的应用。该Ag2O团簇插层的钛氧化物能够降解有机污染物。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术方法选择用AgNO3水溶液对纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子进行处理，由于纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子具有开放结构，Ag+很容易通过离子交换反应进入到TiO6八面体层间，并在TiO6八面体层间水解生成Ag2O团簇，这些Ag2O团簇增强了可见光吸收，改变了载流子传输路径，抑制了光生电子和空穴的复合，提高了载流子寿命。进而提升了层状钛氧化物光催化剂在可见光下的催化活性。与固相高温掺杂改性和异质半导复合相比，该方法具有速度快，工艺过程简单(只需避光搅拌反应即可)，易于控制等优点，适宜在大批量生产。本专利技术利用纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子的开放结构特性，巧妙地将Ag+离子以Ag2O团簇形式引入到层状钛酸的内部(也就是TiO6八面体层间)，使得层状氧化钛的TiO6八面体层间存在大量的Ag2O团簇，比商业化二氧化钛的可见光催化活性强，因此，能够作为可见光光催化剂，在降解有机污染物方面存在广泛应用。附图说明图1是本专利技术制备的Ag2O团簇插层的钛氧化物与层状钛氧化物的XRD图谱；图2是本专利技术制备的Ag2O团簇插层的钛氧化物与层状钛氧化物的SEM照片；其中，(a)为Ag2O团簇插层的钛氧化物；(b)为层状钛氧化物；图3是本专利技术制备的Ag2O团簇插层的钛氧化物中Ag3d的XPS图谱；图4是本专利技术制备的Ag2O团簇插层的钛氧化物与层状钛氧化物对RhB染料的可见光降解图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。实施例1按照层状结构H1.07Ti1.73O4板状粒子与AgNO3水溶液的用量为0.5g：50mL，将层状结构H1.07Ti1.73O4板状粒子加入到浓度为0.1mol/L的AgNO3溶液中，避光搅拌0.5h后，过滤、洗涤，在40℃下干燥得到Ag2O团簇插层的钛氧化物浅绿色粉体。实施例2按照层状结构H1.07Ti1.73O4板状粒子与AgNO3水溶液的用量为1g：50mL，将层状结构H1.07Ti1.73O4·H2O板状粒子加入到浓度为0.1mol/L的AgNO3溶液中，避光搅拌6h后，过滤、洗涤，在60℃下干燥得到Ag2O团簇插层的钛氧化物浅绿色粉体。实施例3按照层状结构H1.07Ti1.73O4板状粒子与AgNO3水溶液的用量为1g：100mL，将层状结构H1.07Ti1.73O4板状粒子加入到浓度为0.5mol/L的AgNO3溶液中，避光搅拌12h后，过滤、洗涤，在80℃下干燥得到Ag2O团簇插层的钛氧化物浅绿色粉体。实施例4按照层状结构H1.00Ti1.75O4板状粒子与AgNO3水溶液的用量为0.5g：100mL，将层状结构H1.00Ti1.75O4板状粒子加入到浓度为0.3mol/L的AgNO3溶液中，避光搅拌6h后，过滤、洗涤，在60℃下干燥得到Ag2O团簇插层的钛氧化物浅绿色粉体。实施例5按照层状结构H1.00Ti1.75O4板状粒子与AgNO3水溶液的用量为1g：50mL，将层状结构H1.00Ti1.75O4板状粒子加入到浓度为0.1mol/L的AgNO3溶液中，避光搅拌12h后，过滤、洗涤，在80℃下干燥得到Ag2O团簇插层的钛氧化物浅绿色粉体。实施例6按照层状结构H0.93Ti1.77O4板状粒子与AgNO3水溶液的用量为1g：70mL，将层状结构H0.93Ti1.77O4板状粒子加入到浓度为0.5mol/L的AgNO3溶液中，避光搅拌3h后，过滤、洗涤，在50℃下干燥得到Ag2O团簇插层的钛氧化物浅绿色粉体。实施例7按照层状结构H0.93Ti1.77O4板状粒子与AgNO3水溶液的用量为0.5g：50mL，将层状结构H0.93Ti1.77O4板状粒子加入到浓度为0.2mol/L的AgNO3溶液中，避光搅拌12h后，过滤、洗涤，在80℃下干燥得到Ag2O团簇插层的钛氧化物浅绿色粉体。实施例8按照层状结构H0.93Ti1.77O4板状粒子与AgNO3水溶液的用量为0.5g：70mL，将层状结构H0.93Ti1.77O4板状粒子加入到浓度为0.4mol/L的AgNO3溶液中，避光搅拌0.5h后，过滤、洗涤，在50℃下干燥得到Ag2O团簇插层的钛氧化物浅绿色粉体。实施例9按照层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ag

【技术特征摘要】
1.一种Ag2O团簇插层的钛氧化物的制备方法，其特征在于，将纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子加入到AgNO3溶液中，避光并充分搅拌反应后，过滤、洗涤、干燥，得到可见光响应的Ag2O团簇插层的钛氧化物粉体。2.根据权利要求1所述的Ag2O团簇插层的钛氧化物的制备方法，其特征在于，纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子为H1.07Ti1.73O4、H2Ti4O9、H2Ti5O11或H0.67Ti1.83O4。3.根据权利要求1所述的Ag2O团簇插层的钛氧化物的制备方法，其特征在于，纤铁矿结构的层状钛氧化物粒子与AgNO3溶液的用量比为(0.5～1)g：(50～100)mL。4.根据权利要求1或2所述的Ag2O团簇插层的钛氧化物的制备方法，其特征在于，AgNO3溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔新刚，李丽，梁振海，卢权，黄剑锋，吴建鹏，殷立雄，欧阳海波，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61