二氧化钛材料及其制备方法技术

一种二氧化钛材料及其制备方法，属于功能化材料领域。制作方法，包括以下步骤：提供反应物，反应物包括独立存在的钛源和掺杂源，掺杂源包括稀土元素和过渡金属元素。将钛源和掺杂源制作为凝胶。使凝胶经历煅烧，以形成至少由稀土元素和过渡金属元素共掺杂的二氧化钛。通过稀土元素和过渡金属元素对二氧化钛的共掺杂，使得二氧化钛具有优异的如光催化性能。

Titanium dioxide materials and their preparation methods

The invention relates to a titanium dioxide material and a preparation method, belonging to the field of functional materials. The preparation method includes the following steps: providing reactants, which include independent titanium sources and doping sources, and doping sources including rare earth elements and transition metal elements. The titanium source and doped source were made into gels. The gel is calcined to form titanium dioxide, which is Co doped with at least rare earth elements and transition metals. Through Co-doping of rare earth elements and transition metal elements, titanium dioxide has excellent photocatalytic properties, such as photocatalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
二氧化钛材料及其制备方法
本申请涉及功能材料领域，具体而言，涉及一种二氧化钛材料及其制备方法。
技术介绍
二氧化钛是一种优异的光催化材料。基于二氧化钛所开发的光催化技术具有低耗能、简单、无毒性、广谱降解选择性等特点，且因二氧化钛无二次污染并可回收循环利用而备受青睐。然而，相关领域的研究者希望开发一种基于二氧化钛的更高效的光催化剂。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
基于现有技术的不足，本申请提供了一种二氧化钛材料及其制备方法，以部分或全部地改善、甚至解决以上问题。本申请是这样实现的：在第一方面，本申请的示例提供了一种二氧化钛材料的制备方法。二氧化钛材料的制备方法包括：提供反应物，反应物包括独立存在的钛源和掺杂源，钛源包括钛元素，掺杂源包括稀土元素和过渡金属元素；将钛源和掺杂源制作为凝胶；使凝胶经历煅烧，以形成至少由稀土元素和过渡金属元素共掺杂的二氧化钛。示例中，通过易于实施的凝胶工艺将掺杂源和钛源结合，再经由煅烧转化得到二氧化钛，同时使稀土元素、过渡金属元素对二氧化钛进行共掺杂。由于稀土元素、过渡金属元素以及钛元素的能带的特点，稀土元素、过渡金属元素能够对钛元素的能带起到调制作用。三者协调作用可以减小二氧化钛材料的带宽、拓宽吸收光谱，还可有效分离电子-空穴对(减少电子-空穴复合)，起到延长载流子寿命、提高光催化效率的效果。结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的实施方式的一些可选示例中，钛源中的钛元素来自于包括钛酸四丁酯或四氯化钛的钛化物；可选地，钛源是以第一溶液的形式被提供；可选地，第一溶液包括钛化物、第一溶剂，且钛化物分散在第一溶剂中；可选地，第一溶剂包括醇，更优选为乙醇。作为一种易于获得原料，钛源可以选择采用钛化物，例如钛酸四丁酯或四氯化钛，从而在一定程度上降低原料处理难度、降低成本和缩短制作周期。结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的实施方式的一些可选示例中，稀土元素包括钐、铈、镧；可选地，稀土元素来自于稀土盐化物；可选地，稀土盐化物是水溶性盐或醇溶性盐；可选地，稀土盐化物为硝酸盐。结合第一方面或第一方面的第二种可能的实施方式，在本申请的第一方面的第三种可能的实施方式的一些可选示例中，过渡金属元素包括钴；可选地，过渡金属元素来自于过渡金属盐化物；可选地，过渡金属盐化物是水溶性盐或醇溶性盐；可选地，过渡金属盐化物为硝酸盐。稀土元素和过渡金属元素具有多种可选的示例，可以根据需要选择使用。为了便于制作溶液和基于可获得性方面的原因考量，其采用以盐的形式使用。结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的实施方式的一些可选示例中，掺杂源是以第二溶液的形式被提供；第二溶液包括稀土盐化物、过渡金属盐化物、第二溶剂，且稀土盐化物、过渡金属盐化物分散在第二溶剂中；可选地，第二溶剂包括醇和水，更优选为乙醇和水。醇作为溶剂可以在获得理想的盐分散效果的同时，可利用其解离特性，同时有利于通过后续的煅烧将其去除。结合第一方面，在本申请的第一方面的第五种可能的实施方式的一些可选示例中，钛源为溶液形式，掺杂源为溶液形式；将钛源和掺杂源制作为凝胶的方法包括：湿凝胶制作步骤、在湿凝胶制作步骤之后执行的将湿凝胶转化为干物质的干凝胶制作步骤。基于煅烧的需要，凝胶以干物质的形式被处理，从而可以避免溶剂在煅烧过程中的不利影响。结合第一方面的第五种可能的实施方式，在本申请的第一方面的第六种可能的实施方式的一些可选示例中，湿凝胶制作步骤包括：在搅拌的状态下，将钛源滴加到掺杂源中，然后陈化；可选地，滴加速度为2s/滴，搅拌速度为500-700r/min；可选地，将钛源滴加到掺杂源之后，进行陈化之前，湿凝胶制作步骤包括：进行超声处理。湿凝胶通过搅拌参与的情况下混合钛源和掺杂源，以便获得理想的混合、反应效果。为了获得进一步的反应进程，通过陈化使其充分反应。进一步地，通过超声处理使团聚物、絮状物等分散，从而有利于各物质之间的更加彻底接触。或者，干凝胶制作步骤包括：将湿凝胶通过加热干燥，可选地进行的粉碎处理；可选地，加热湿凝胶的温度为200～260℃。干凝胶由湿凝胶干燥而得。即通过将加热使液体被去除，同时还能够在一定程度上促进钛源和掺杂源之间的反应。结合第一方面的第五种或第六种可能的实施方式，在本申请的第一方面的第七种可能的实施方式的一些可选示例中，煅烧凝胶的温度为460～480℃。烧结温度的选择可以确定二氧化钛的晶型，同时还可以改善稀土元素和过渡金属元素与二氧化钛的共掺杂形态和效果，从而改善二氧化钛材料的性能。在第二方面，本申请的示例提供了一种二氧化钛材料。该二氧化钛材料是纳米粉末。二氧化钛材料包括二氧化钛、过渡金属元素以及稀土元素，过渡金属元素和稀土元素通过共掺杂的形式与二氧化钛复合，过渡金属元素包括钴，稀土元素包括铈、钐和镧；以元素的摩尔比计，Co:Ce:La:Sm:Ti的比值如下；(0.003～0.01):(0.002～0.012):(0.002～0.012):(0.001～0.01):(2.5～2.8)。纳米尺度的二氧化钛颗粒的聚集体(纳米粉末)具有高的比表面积，因此，活性的反应位点更多，更有利于其催化功能的改善。结合第二方面，在本申请的第二方面的第一种可能的实施方式的一些可选示例中，二氧化钛材料的吸收波长可达到550nm；二氧化钛材料的宽吸收光谱能够获得对一些物质的更高的催化性能。有益效果：本申请实施例提供的制作方法将过渡金属与稀土元素共掺杂纳米二氧化钛。工艺过程中采用溶胶凝胶法将过渡金属元素与稀土元素共掺杂，以调制带宽、拓宽光吸收波长范围，进而提高锐钛矿二氧化钛的性能。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本申请实施例3提供的Co、La、Sm、Ce四种元素共掺杂的锐钛矿型本征TiO2纳米材料的光吸收曲线图(四种元素掺杂的TiO2纳米材料的阈值波长约为550nm)；图2为本申请对比例1提供的锐钛矿型本征TiO2纳米材料的光吸收曲线图(锐钛矿型本征TiO2纳米材料的阈值波长约为430nm)；图3为本申请对比例2提供的Co、La、Sm三种元素掺杂的锐钛矿型本征TiO2纳米材料的光吸收曲线图(三种元素掺杂TiO2纳米材料的阈值波长约为520nm)；图4提供了亚甲基蓝溶液在不同条件下的催化效果对比图。具体实施方式下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。以下针对本申请实施例的二氧化钛材料及其制备方法进行具体说明：二氧化钛具有高的化学活性、抗紫外线、无毒、物理化学性质稳定、价格低廉等特点，是一种具有多种优异性能的材料。尤其是将其制作为纳米尺度的颗粒物时，其表现出好的光催化效果。作为纳米颗粒物的聚集体的纳米二氧化钛粉末具有高的比表面积，且能够吸收太阳光并产生光生电子，同时还可被制备成具有自清洁、抗菌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，包括：提供反应物，所述反应物包括独立存在的钛源和掺杂源，所述钛源包括钛元素，所述掺杂源包括稀土元素和过渡金属元素；将所述钛源和所述掺杂源制作为凝胶；使所述凝胶经历煅烧，以形成至少由所述稀土元素和所述过渡金属元素共掺杂的二氧化钛。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，包括：提供反应物，所述反应物包括独立存在的钛源和掺杂源，所述钛源包括钛元素，所述掺杂源包括稀土元素和过渡金属元素；将所述钛源和所述掺杂源制作为凝胶；使所述凝胶经历煅烧，以形成至少由所述稀土元素和所述过渡金属元素共掺杂的二氧化钛。2.根据权利要求1所述的二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述钛源中的钛元素来自于包括钛酸四丁酯或四氯化钛的钛化物；优选地，所述钛源是以第一溶液的形式被提供；更优选地，所述第一溶液包括钛化物、第一溶剂，且所述钛化物分散在所述第一溶剂中；进一步优选地，所述第一溶剂包括醇，更优选为乙醇。3.根据权利要求1所述的二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述稀土元素包括钐、铈、镧；优选地，所述稀土元素来自于稀土盐化物；更优选地，所述稀土盐化物是水溶性盐或醇溶性盐；进一步优选地，所述稀土盐化物为硝酸盐。4.根据权利要求1或3所述的二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属元素包括钴；优选地，所述过渡金属元素来自于过渡金属盐化物；更优选地，所述过渡金属盐化物是水溶性盐或醇溶性盐；进一步优选地，所述过渡金属盐化物为硝酸盐。5.根据权利要求1所述的二氧化钛材料的制备方法，其特征在于，所述掺杂源是以第二溶液的形式被提供；所述第二溶液包括稀土盐化物、过渡金属盐化物、第二溶剂，且所述稀土盐化物、过渡金属盐化物分散在所述第二溶剂中；优选地，所述第二溶剂包括醇和水，更优选为乙醇和水。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李山鹰，苏箐，刘向云，杨亦龙，赵振新，张艳花，李节，金篪，
申请(专利权)人：河南城建学院，
类型：发明
国别省市：河南,41