一种基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法，采用水热‑液相沉积处理法制备，600℃下高温热处理，通过Ag改性与液相沉积处理工艺相结合，有效抑制了光生电子‑空穴对的复合，从而大幅度地提高了光催化降解甲基橙的活性，作为光催化剂，可用于水和空气中有机污染物的治理等方面，在光电及气敏方面亦具有潜在的应用价值。

Preparation of Ag modified titanium dioxide nanoparticles based on titania nanotube

The invention discloses a method for preparing Ag modified titanium dioxide nanoparticles based on titanium dioxide nanotube, which is prepared by a hydrothermal liquid deposition treatment method, heat treatment at 600 C at high temperature, and by combining the Ag modification with the liquid phase deposition process. The photocatalytic activity of photocatalytic degradation of methyl orange, as a photocatalyst, can be used in the treatment of organic pollutants in water and air. It is also of potential application value in the field of photoelectric and gas sensing.

【技术实现步骤摘要】
一种基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法
本专利技术涉及光催化材料和太阳能利用领域，特别涉及一种基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法。
技术介绍
纳米TiO2是一种重要的无机功能材料，具有湿敏、气敏、介电效应、光电转换、光致变色及优越的光催化性能，在传感器、介电材料、光电材料、自清洁材料、催化剂及载体等领域具有广泛的应用前景。TiO2纳米管具有纳米级TiO2粉体的性质，同时具有极大的比表面积和孔隙率，极大地改善了粉体TiO2的特性和应用范围。在催化性能方面，由于TiO2纳米管具有极大的比表面积和孔隙率，因此吸附能力相应提高，且具有良好的光渗透性，从而极大的提高了光催化效率。同时若能在管中装入更小的无机、有机、金属或者磁性纳米粒子，组装成复合纳米材料，也将会大大改善TiO2的光电、电磁及催化性能。同时，大量研究表明，对TiO2纳米材料进行贵金属粒子修饰如Pt、Au、Pd、Ag等，能有效抑制光生电子和空穴的复合，促进光生电子/空穴对的分离，显著提高TiO2的光催化性能及光电催化性能，甚至可以拓展TiO2纳米材料的吸收波长范围。目前二氧化钛纳米管的合成与表征已成为纳米材料研究的一个热点领域，越来越受到科学家们的重视。学者们用模板法成功制得了二氧化钛纳米管；但是，该法制得的二氧化钛纳米管的管径大、管壁厚、比表面积小，在焙烧过程中容易坍塌破碎，制备过程及工艺复杂。有学者采用水热合成法制成二氧化钛纳米管，其管壁薄、管径小、比表面积大，性能更优，并且这种合成方法比较简单；但是，这种化学处理法得到的纳米管管壁比较薄，随着焙烧温度的不断升高，纳米管逐渐失去结构水，管壁层间距缩小，在进行高温热处理时管状结构容易被破坏，从而无法进行高温处理得到晶型结构较好且保持良好管状形貌结构的TiO2纳米管，故其光催化活性较低。考虑其管壁坍塌的原因可能有两个：(1)失水的过程中，由于二氧化钛粉碎而坍塌；(2)晶型转换而使得分子键错位而坍塌。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法，通过该方法制得的Ag改性TiO2纳米颗粒光生电子-空穴分离效率高、光催化降解甲基橙活性高。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法，包括下述步骤：将TiO2纳米粉与NaOH溶液置于不锈钢水热反应釜中，110～140℃下水热反应12～48h，反应完毕后冷却至室温，取出白色沉淀物，用去离子水洗涤数次直至上清液为中性，然后用HCl溶液浸泡3～5h，继续用去离子水洗涤数次，直至上清液为中性，将白色沉淀物烘干，将烘干后的白色产物加入到0.05～0.15mol/LAgNO3溶液中，超声分散20～60min，搅拌1～3h，过滤得到沉淀物，用过量的0.05～0.15mol/L硫酸肼洗涤沉淀物以保证Ag+完全被还原，用去离子水洗净并过滤后置于氟钛酸铵和硼酸的混合液中，液相沉积40～80min后烘干，并于500～600℃焙烧1～3h，得到Ag改性TiO2纳米颗粒。烘干后的白色产物与AgNO3溶液的配比为(0.1～0.3):50g/mL。液相沉积所用混合液中氟钛酸铵和硼酸的摩尔比为1:3。烘干后的白色产物与氟钛酸铵的配比为(0.1～0.3):0.0125g/mol。烘干后的白色产物与氟钛酸铵和硼酸的混合液的配比为(0.1～0.3):250g/mL。液相沉积的时间优选40min、60min或80min。焙烧的温度优选500℃、550℃或600℃；焙烧的时间优选1h、2h或3h。本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果：本专利技术采用水热-液相沉积处理法制备，600℃下高温热处理，通过Ag改性与液相沉积处理工艺相结合，有效抑制了光生电子-空穴对的复合，提高了光催化降解甲基橙的活性，作为光催化剂，可用于水和空气中有机污染物的治理等方面，在光电及气敏方面亦具有潜在的应用价值。附图说明图1是空心TiO2纳米颗粒(a)和Ag改性TiO2纳米颗粒(b)的TEM图。图2是Ag改性TiO2纳米颗粒的EDS图。图3是空心TiO2纳米颗粒和Ag改性TiO2纳米颗粒的UV-Vis漫反射谱图。图4是空心TiO2纳米颗粒和Ag改性TiO2纳米颗粒的光催化降解甲基橙性能图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1将2gTiO2纳米粉与40mL10MNaOH溶液置于不锈钢水热反应釜中，110℃下水热反应12h，反应完毕后冷却至室温，取出白色沉淀物，用去离子水洗涤数次直至上清液为中性，然后用0.1MHCl溶液浸泡5h，继续用去离子水洗涤数次，直至上清液为中性，将白色沉淀物80℃烘干，称取0.2g烘干后的白色产物加入到50mL0.05mol/LAgNO3溶液中，超声分散30min，搅拌1h，过滤所得到的沉淀物，用过量的0.1mol/L硫酸肼洗涤沉淀物以保证Ag+完全被还原，用去离子水洗净并过滤后置于125mL0.1mol/L氟钛酸铵溶液和125mL0.3mol/L硼酸溶液的混合液中，液相沉积40min，80℃烘干后继续600℃焙烧1h，得到Ag改性TiO2纳米颗粒。实施例2：将2gTiO2纳米粉与40mL10MNaOH溶液置于不锈钢水热反应釜中，140℃下水热反应48h，反应完毕后冷却至室温，取出白色沉淀物，用去离子水洗涤数次直至上清液为中性，然后用0.1MHCl溶液浸泡4h，继续用去离子水洗涤数次，直至上清液为中性，将白色沉淀物100℃烘干，称取0.2g烘干后的白色产物加入到50mL0.15mol/LAgNO3溶液中，超声60min，搅拌2h，过滤所得到的沉淀物，用过量的0.15mol/L硫酸肼洗涤沉淀物以保证Ag+完全被还原，用去离子水洗净并过滤后置于125mL0.1mol/L氟钛酸铵溶液和125mL0.3mol/L硼酸溶液的混合液中，液相沉积80min，80℃烘干后继续600℃焙烧3h，得到Ag改性TiO2纳米颗粒。对比例1将2gTiO2纳米粉与40mL10MNaOH溶液置于不锈钢水热反应釜中，110℃下水热反应12h，反应完毕后冷却至室温，取出白色沉淀物，用去离子水洗涤数次直至上清液为中性，然后用0.1MHCl溶液浸泡5h，继续用去离子水洗涤数次，直至上清液为中性，将白色沉淀物80℃烘干，称取0.2g烘干后的白色产物置于125mL0.1mol/L氟钛酸铵溶液和125mL0.3mol/L硼酸溶液的混合液中，液相沉积40min，80℃烘干后继续600℃焙烧1h，得到空心TiO2纳米颗粒。对比例2：将2gTiO2纳米粉与40mL10MNaOH溶液置于不锈钢水热反应釜中，140℃下水热反应48h，反应完毕后冷却至室温，取出白色沉淀物，用去离子水洗涤数次直至上清液为中性，然后用0.1MHCl溶液浸泡4h，继续用去离子水洗涤数次，直至上清液为中性，将白色沉淀物100℃烘干，称取0.2g烘干后的白色产物置于125mL0.1mol/L氟钛酸铵溶液和125mL0.3mol/L硼酸溶液的混合液中，液相沉积80min，80℃烘干后继续600℃焙烧3h，得到空心TiO2纳米颗粒。光催化活性评价：以125W直管型高压汞灯(紫外主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法，其特征在于包括以下步骤：将TiO2纳米粉与NaOH溶液置于不锈钢水热反应釜中，110～140℃下水热反应12～48h，反应完毕后冷却至室温，取出白色沉淀物，用去离子水洗涤数次直至上清液为中性，然后用HCl溶液浸泡3～5h，继续用去离子水洗涤数次，直至上清液为中性，将白色沉淀物烘干，将烘干后的白色产物加入到0.05～0.15mol/L AgNO3溶液中，超声分散20～60min，搅拌1～3h，过滤得到沉淀物，用过量的0.05～0.15mol/L硫酸肼洗涤沉淀物以保证Ag+完全被还原，用去离子水洗净并过滤后置于氟钛酸铵和硼酸的混合液中，液相沉积40～80min后烘干，并于500～600℃焙烧1～3h，得到Ag改性TiO2纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法，其特征在于包括以下步骤：将TiO2纳米粉与NaOH溶液置于不锈钢水热反应釜中，110～140℃下水热反应12～48h，反应完毕后冷却至室温，取出白色沉淀物，用去离子水洗涤数次直至上清液为中性，然后用HCl溶液浸泡3～5h，继续用去离子水洗涤数次，直至上清液为中性，将白色沉淀物烘干，将烘干后的白色产物加入到0.05～0.15mol/LAgNO3溶液中，超声分散20～60min，搅拌1～3h，过滤得到沉淀物，用过量的0.05～0.15mol/L硫酸肼洗涤沉淀物以保证Ag+完全被还原，用去离子水洗净并过滤后置于氟钛酸铵和硼酸的混合液中，液相沉积40～80min后烘干，并于500～600℃焙烧1～3h，得到Ag改性TiO2纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的基于二氧化钛纳米管制备Ag改性二氧化钛纳米颗粒的方法，其特征在于：烘干后的白色产物与AgNO3溶液的配比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉媛，陈东初，户华文，常萌蕾，魏红阳，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44