一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料、制备方法及其应用。制备方法为：将单晶空心TiO2四方纳米锥材料分散于乙二醇中，再逐滴滴加钛酸四丁酯，搅拌均匀，得到分散液；加热反应，产物洗涤，干燥，得到丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料。与现有技术相比，本发明专利技术利用低温液相合成法，将丁氧基修饰到单晶空心TiO2四方纳米锥材料表面上，方法简单、成本低；用于有机染料罗丹明B可见光催化降解的光催化剂具有活性高、稳定性好；提供用于光电转换的材料具有光电转换效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料制备方法及环境化学和光电化学交叉应用领域，具体涉及一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料、制备方法及其应用。
技术介绍
工业污水中有机染料的残留对环境造成严重的污染，而半导体光催化剂的使用能够有效降解污水中残留的有机染料。在半导体光催化剂中TiO2是人们深入研究的一种材料，具有无毒、低成本、光催化活性高、稳定性好等优点，已广泛应用于各种光催化领域，如光催化产氢、碳质太阳能燃料、环境修复和生物医学应用。然而TiO2是宽带隙半导体材料(3.0–3.2eV)，只能吸收紫外光，几乎不能吸收可见光，而到达地球表面的可见光大约占总太阳光谱的43％，紫外光只占总太阳光谱的4％，从而大大限制了TiO2作为太阳光光催化剂的潜能。因此，人们对TiO2功能化来扩展它对太阳光的吸收范围，使其光催化活性到达可见光区域。例如：非金属掺杂、过渡金属耦合、窄带隙半导体耦合、贵金属修饰、碳修饰和表面吸附剂(或配合物)敏化等。TiO2表面修饰的物质极大影响界面区域的光生电荷转移行为，从而影响光催化活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料及其制备方法，利用低温液相合成法，将丁氧基修饰到TiO2单晶空心四方纳米锥材料表面，方法简单、成本低。本专利技术还提供了一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料的应用，包括可见光催化降解有机染料和可见光光电转换应用。本专利技术提供的一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将TiO2单晶空心四方纳米锥材料分散于醇溶剂中，再逐滴滴加钛酸四丁酯，搅拌均匀，得到分散液；(2)步骤(1)所得分散液加热反应，冷却到室温，离心分离，产物洗涤，干燥，得到丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料。步骤(1)中TiO2单晶空心四方纳米锥材料的制备方法为：A、将1,6-己二胺与环己烷混合后，加入Ti(OC4H9)4；然后加入去离子水搅拌混合，获得悬浊液；B、步骤A所得悬浊液密封加热反应，冷却、离心，沉淀洗涤、干燥，得到TiO2单晶空心四方纳米锥材料。进一步的，步骤A中1,6-己二胺、环己烷、Ti(OC4H9)4和去离子水的体积比为3-8:15-40:0.5-2:0.5-3；搅拌混合时间为8-15min。进一步的，步骤B中加热反应条件为：160-200℃下反应8-24h；所述加热反应在聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中进行；所述洗涤为：先用去离子水洗涤3-5次，再用无水乙醇洗涤3-5次；所述干燥为55-60℃真空干燥箱中干燥6-12h；步骤(1)中TiO2单晶空心四方纳米锥材料与钛酸四丁酯用量比为0.1-0.4:1g/mL。进一步的，步骤(1)中TiO2单晶空心四方纳米锥材料与醇溶剂的用量比为0.5-2:1mg/mL；所述醇溶剂选自无水乙醇或乙二醇。步骤(2)中所述加热反应条件为温度50-80℃，反应时间10-40min。进一步的，步骤(2)中所述洗涤为：先用去离子水洗涤3-5次，再用无水乙醇洗涤3-5次；所述干燥为：55-60℃真空干燥箱中干燥6-12h。本专利技术提供的一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料，采用以上方法制备，形态为锥长平均为200nm，锥口直径平均为100nm的空心四方锥表面上修饰质量含量2.2％-3.1％丁氧基基团。本专利技术提供的一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料作为可见光催化降解应用，具体为有机染料可见光催化降解应用；尤其是对罗丹明B(RhB)的可见光催化降解。本专利技术还提供了一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料可见光光电转换应用。所述作为有机染料罗丹明B(RhB)的可见光催化降解应用具体为：将本专利技术制备的10mg丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料加入到100mL浓度为0.01mmol/L RhB溶液中，超声1-2min后，置于黑暗处搅拌1h，使催化剂表面达到吸附-解吸附平衡。之后，使用300W氙灯(加滤光片λ>420nm)照射。每隔20min用离心管取3mL试样，离心(10000rpm,2min)后，取上清液，使用紫外-可见分光光度计测定溶液的吸收光谱。通过554nm处的特征吸收峰来确定RhB的浓度。所述可见光光电转换应用具体为：将本专利技术制备的丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料5mg超声分散在1mL去离子水中，取0.01mL分散液滴在面积为0.28cm2的FTO玻璃上。之后，把该FTO玻璃放入干燥箱中，80℃温度下干燥30min。光电化学测试使用标准的三电极系统，以载有催化剂的FTO玻璃为工作电极，铂丝和Ag/AgCl电极分别为辅助电极和参比电极。以浓度为0.2mol/L的Na2SO4和10-5mol/L的RhB混合溶液为电解液。光电转换通过电化学工作站(CHI660B)测试，使用300W氙灯(加滤光片λ>420nm)作为光源。扫描电压范围：-0.1～+0.8V，扫速：50mV·s-1。与现有技术相比，本专利技术首先通过液相界面化学合成法，在非极性溶剂环己烷和微量的水以及1,6-己二胺混合液中，利用Ti(OC4H9)4缓慢水解获得TiO2单晶空心四方纳米锥材料结构。将1,6-己二胺、环己烷混合后再加入Ti(OC4H9)4，之后再加入去离子水，否则Ti(OC4H9)4快速水解，无法获得特定的形貌。Ti(OC4H9)在少量水和大量环己烷形成的界面上缓慢水解，1,6-己二胺在TiO2{101本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将单晶空心TiO2四方纳米锥材料分散于醇溶剂中，再逐滴滴加钛酸四丁酯，搅拌均匀，得到分散液；(2)步骤(1)所得分散液加热反应，冷却到室温，离心分离，产物洗涤，干燥，得到丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料。

【技术特征摘要】
1.一种丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将单晶空心TiO2四方纳米锥材料分散于醇溶剂中，再逐滴滴加钛酸四丁酯，搅拌均匀，得到分散液；(2)步骤(1)所得分散液加热反应，冷却到室温，离心分离，产物洗涤，干燥，得到丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料。2.根据权利要求1所述的丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中TiO2单晶空心四方纳米锥材料的制备方法为：A、将1,6-己二胺与环己烷混合后，加入Ti(OC4H9)4；然后加入去离子水搅拌混合，获得悬浊液；B、步骤A所得悬浊液密封加热反应，冷却、离心，沉淀洗涤、干燥，得到TiO2单晶空心四方纳米锥材料。3.根据权利要求2所述的丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料的制备方法，其特征在于，步骤A中1,6-己二胺、环己烷、Ti(OC4H9)4和去离子水的体积比为3-8:15-40:0.5-2:0.5-3。4.根据权利要求2或3所述的丁氧基修饰的TiO2单晶空心四方纳米锥材料的制备方法，其特征在于，步骤B中加热反应条件为：16...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正翠，薛业静，高峰，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34