一种新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料及其制备和应用，所述纳米材料中，Mo离子取代掺杂入TiO2的晶格中，形成无界面的单晶复合氧化物结构， Mo和Ti离子的摩尔比为0.05～0.5。本发明专利技术的新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料具有近红外等离子共振吸收特性，且具有储存光生电子的特性，赋予其暗处降解污染物的特性。

A new type of Mo-Ti single crystal oxide nanomaterial and its preparation and Application

The invention relates to a novel Mo-Ti single crystal oxide nano material and its preparation and application of the nanometer materials, substitution of Mo ions doped into TiO2 lattice, forming a single crystal structure of composite oxide interface, the molar ratio of Mo and Ti ion is 0.05 ~ 0.5. The novel Mo-Ti single crystal oxide nano material of the invention has near infrared plasma resonance absorption characteristics, and has the characteristics of storing photovoltaic electrons, giving the characteristics of degradation of pollutants in the dark place.

【技术实现步骤摘要】
一种新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料及其制备和应用
本专利技术涉及一种阳离子晶格掺杂的新型过渡金属氧化物，具体涉及一种新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料及其制备和应用，属于环境催化材料以及纳米材料

技术介绍
当前，纳米TiO2基光催化剂作为一种价廉、无毒、节能、高效的光催化降解空气和水中有机污染物的材料，受到人们广泛重视。但由于其较宽的带隙而只能被紫外光激发，而太阳光谱中仅含有3％左右的紫外线，极大地限制其在环境净化实际中的应用。对纳米TiO2进行有效改性，提高其对可见光区域的光能利用成为当前的研究热点。目前对TiO2的改性方法主要集中在以下三个方面：贵金属复合，非金属元素掺杂以及光敏化作用，但是贵金属复合成本较高，非金属掺杂的TiO2在可见光区域吸收系数较低、有机染料光敏化的不稳定、窄带半导体光敏化容易发生光腐蚀等问题，因此亟需开发一种稳定、低成本、可批量生产的有效改性手段，以提高TiO2对可见光区域的光能利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料的制备方法及其在储能光催化方面的应用。在此，本专利技术提供一种新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料，所述纳米材料中，Mo离子取代掺杂入TiO2的晶格中，形成无界面的单晶复合氧化物结构，Mo和Ti离子的摩尔比为0.05～0.5。本专利技术中，Mo离子均匀地取代掺杂入TiO2的晶格中，形成一种无界面的单晶复合氧化物半导体纳米颗粒，即Mo-TiO2纳米颗粒中Mo离子晶格取代TiO2的部分Ti离子，形成一种无界面的单晶复合氧化物结构，该纳米材料颗粒大小均匀，在水溶液中分散良好，具有全可见光谱的吸收特性，利用光储能效应可在无光照条件下延续光催化作用，实现全天候的有机污染物以及有害气体的光降解。本专利技术的新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料具有近红外等离子共振吸收特性，且具有储存光生电子的特性，赋予其暗处降解污染物的特性。较佳地，所述纳米材料中，Mo和Ti离子的摩尔比为0.05～0.1。较佳地，所述纳米材料的颗粒尺寸为5～200纳米。本专利技术还提供一种所述新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将Mo盐制成酸性水溶液，加入螯合剂、再加入Ti盐充分混合得到混合溶液；2)将所述混合溶液于100～250℃保温10～20小时，冷却、离心、干燥得到前驱体粉末；3)将前驱体粉末于400～600℃煅烧1～4小时，制得所述新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料。本专利技术利用一种新型的离子交换制备方法，使Mo离子均匀地取代掺杂入TiO2的晶格中，形成一种无界面的单晶复合氧化物半导体纳米颗粒。相比于纯TiO2，本专利技术方法制备的材料对可见光区域的吸收利用显著提高，有效增加光生电子空穴的分离效率，光催化性能提高5倍左右。同时，Mo可以贮存TiO2光照过程中产生的光生电子，在无光照条件下延续光催化作用，实现全天候的有机污染物以及有害气体的光降解，赋予TiO2新的储能光催化特性。本专利技术制备方法简单快捷，原料成本低，在室内污染物光催化降解、水污染光催化降解和有机光合成等领域有广阔的应用前景。较佳地，所述酸性水溶液PH为0～3之间，在该酸性条件下，钼盐与钛盐的水解速度相当，有利于两者在溶液中生长成单晶。将Mo盐、水、螯合剂、Ti盐混合的过程包括：将Mo盐加入水中得到Mo盐的水溶液，PH调整到0～3之间，然后将螯合剂和Ti盐加入Mo盐的水溶液中得到混合溶液。其中Mo盐溶于水后的摩尔浓度优选为0.1M～0.5M。所述浓度超过5M会生成MoO3的杂相，太小会不利于Mo在TiO2中的均匀分布。较佳地，所述Mo盐为钼酸铵、钼酸钠、六氯化钼中至少一种。较佳地，所述Ti盐为钛酸四丁酯、异丙醇钛、硫酸钛中至少一种。较佳地，所述螯合剂为氟化氢(HF)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中至少一种。优选地，Mo盐、螯合剂、Ti盐的浓度分别为0.05M～3M、0.1M～5M、1M～6M。所述螯合剂的加入量可以充分抑制溶液中的自由Mo离子与Ti离子的浓度为准。本专利技术进一步提供了所述的新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料在储能光催化领域的应用。附图说明图1为Mo-TiO2的透射电镜(TEM)照片和对应的元素分布图；可以看出Mo在TiO2基体上均匀分布；图2为单颗Mo-TiO2中不同元素的电子能量损失谱的线性分布图；可以看到Mo在TiO2晶格内部均匀分布；图3为纯TiO2和Mo-TiO2的X-射线粉末衍射图；由于Mo离子对Ti离子的晶格取代掺杂，破坏了TiO2的晶格对称性和消光条件，X-射线粉末衍射图中出现了原来TiO2的消光晶面如(100)(110)等；图4为纯TiO2和Mo-TiO2的紫外可见吸收光谱图；Mo-TiO2在可见光区域的吸收显著增强，且在1000nm左右有很强的的等离子共振吸收；图5为Mo-TiO2光照前后的紫外可见吸收光谱图；光照以后Mo-TiO2对可见光的吸收利用显著增强，且等离子共振吸收从1000nm左右蓝移到800nm；图6为Mo-TiO2光照前后的X射线光电子能谱图；光照以后Mo-TiO2样品中Mo5+离子浓度显著提高，说明其可以储存光生电子；图7为纯TiO2和Mo-TiO2的罗丹明B光降解实验图；相同条件下，光照过程中Mo-TiO2样品对罗丹明B的降解速率是纯TiO2的5倍，光照1h之后，放在暗处，Mo-TiO2储存的光生电子可以继续降解罗丹明B；图8为Mo-TiO2光降解罗丹明B的循环实验图；经过5次循环之后Mo-TiO2的储能光降解罗丹明B的活性没有下降，说明Mo-TiO2的具有良好的光储能稳定性。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术提供的Mo-Ti单晶氧化物纳米材料，Mo离子均匀地取代掺杂入TiO2的晶格中，形成一种无界面的单晶复合氧化物结构，从而得到一种新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料。本专利技术中，所述纳米材料的无界面的单晶复合氧化物结构，通过Mo离子对Ti离子的晶格取代掺杂，使得该材料对可见光区域的吸收利用显著提高，有效增加光生电子空穴的分离效率，光催化性能提高5倍左右。同时，Mo可以贮存TiO2光照过程中产生的光生电子，在无光照条件下延续光催化作用，实现全天候的有机污染物以及有害气体的光降解，赋予TiO2新的储能光催化特性。本专利技术的Mo-TiO2纳米材料通过离子交换法制备，包括混合溶液制备、在一定温度下水热保温一段时间制备前驱体粉末、然后在高温煅烧除去表面有机物，使晶格重排，制得Mo-TiO2纳米颗粒。具体地、作为示例，关于混合溶液的制备，可以为：先将Mo盐溶于水并加入酸调制成酸性水溶液，然后在所述酸性水溶液中加入螯合剂使其充分混合，最后再加入Ti盐充分混合后得到混合溶液。其中酸性水溶液PH较适宜为0～3之间。PH值超过3时，钛盐水解生长速度过快，Mo离子很难掺杂入TiO2的晶格中。水热保温适宜温度为100～250℃、保温时间通常在10～20小时。待反应结束后冷却、离心、干燥得到前驱体粉末。将前驱体粉末于400～600℃煅烧1～4小时，即可制得所述新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料。其中，所述Mo盐可以为钼酸铵、钼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型Mo‑Ti单晶氧化物纳米材料，其特征在于，所述纳米材料中，Mo离子取代掺杂入TiO

【技术特征摘要】
1.一种新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料，其特征在于，所述纳米材料中，Mo离子取代掺杂入TiO2的晶格中，形成无界面的单晶复合氧化物结构，Mo和Ti离子的摩尔比为0.05～0.5。2.根据权利要求1所述的纳米材料，其特征在于，所述纳米材料中，Mo和Ti离子的摩尔比为0.05～0.1。3.根据权利要求1或2所述的纳米材料，其特征在于，所述纳米材料的颗粒尺寸为5～200纳米。4.一种权利要求1至3中任一项所述的新型Mo-Ti单晶氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将Mo盐制成酸性水溶液，加入螯合剂、再加入Ti盐充分混合得到混合溶液；2）将所述混合溶液于100～250℃保温10～20小时，冷却、离心、干燥得到前驱体粉末；3）将前驱体粉末于400～600℃煅烧1～4小...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐颖峰，施剑林，张玲霞，魏晨阳，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31