一种板钛矿型二氧化钛及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种板钛矿型二氧化钛及其制备方法和应用，所述板钛矿型二氧化钛为单晶材料，具有棒状结构，且所述板钛矿型二氧化钛上分布有介孔。本发明专利技术通过在二氧化硅模板中生长二氧化钛晶种，然后在所得复合物中生长板钛矿型二氧化钛，除去二氧化硅后得到所述板钛矿型二氧化钛。本发明专利技术提供的板钛矿型二氧化钛为棒状的介孔单晶，形貌均一，介孔均匀分布于二氧化钛纳米棒上，且介孔尺寸可调，比表面积大，具有优异的载流子分离能力，能够有效地提高电荷分离和表面反应效率。可广泛应用于太阳能转换、光催化分解水、污染物降解或自清洁和杀菌等领域，具有良好的应用前景。

A kind of titanium dioxide of slate type and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种板钛矿型二氧化钛及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种板钛矿型二氧化钛及其制备方法和应用，尤其涉及一种板钛矿型介孔单晶二氧化钛及其制备方法和应用。
技术介绍
介孔半导体材料由于具有大的比表面、丰富的孔道结构以及晶化的开放骨架结构，在吸附分离、催化、药物负载与传输、能源储存以及光电转换等领域中具有广泛的应用前景。介孔单晶半导体材料同时具备了多孔材料和单晶结构的优点：良好的结晶性和稳定性、更大的比表面积和活性位点、更高的吸光效率和优异的载流子传输效率，这些特性使其在催化应用中具有独特的优势。目前制备介孔单晶二氧化钛的方法很多，例如CN105709842A公开了一种聚苯胺修饰的介孔单晶二氧化钛微球及其制备方法和应用，该聚苯胺修饰的介孔单晶二氧化钛微球包括聚苯胺和介孔单晶二氧化钛微球，聚苯胺通过苯胺的氧化聚合作用吸附在介孔单晶二氧化钛微球表面。CN107115855A公开了一种电荷迁移可控的石墨烯复合二氧化钛介孔单晶混合物及其制备方法，所述材料由石墨烯复合介孔二氧化钛单晶和石墨烯外包二氧化钛介孔单晶混合而成。CN103833075B提供了一种可调控微孔或介孔锐钛矿二氧化钛的制备方法，该方法基于水热反应形成单晶的原理，包括作为形成纳米晶体的钛源与盐酸的混合，再利用盐酸在反应过程中逐渐侵蚀晶体形成微孔或介孔结构。上述方法虽然均制备得到了介孔单晶二氧化钛材料，但目前得到的介孔单晶二氧化钛材料主要集中在锐钛矿型和金红石型，对于板钛矿型介孔单晶二氧化钛的研究还未有报道。鉴于板钛矿型二氧化钛在催化领域具有独特的优势，因此，研究并制备新的具有特定结构的介孔单晶二氧化钛意义重大。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种板钛矿型二氧化钛及其制备方法和应用，得到具有棒状结构的介孔单晶二氧化钛材料，所得板钛矿型介孔单晶二氧化钛可广泛应用于太阳能转换、光催化分解水、污染物降解或自清洁和杀菌等领域，具有良好的应用前景。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种板钛矿型二氧化钛，所述板钛矿型二氧化钛为单晶材料，具有棒状结构，且所述板钛矿型二氧化钛上分布有介孔。根据本专利技术，所述板钛矿型二氧化钛的长度为100-1000nm，例如可以是100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述板钛矿型二氧化钛的宽度为40-500nm，例如可以是40nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述介孔的孔径为10-50nm，例如可以是10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的板钛矿型二氧化钛的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)在二氧化硅模板中生长二氧化钛晶种，得到二氧化硅-二氧化钛晶种复合物；(2)在步骤(1)得到的二氧化硅-二氧化钛晶种复合物中生长板钛矿型二氧化钛，得到二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物；(3)除去步骤(2)得到的二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物中的二氧化硅，得到板钛矿型二氧化钛。根据本专利技术，步骤(1)的具体操作为：将钛源溶液和硅胶溶液混合，将所得混合溶液干燥后进行煅烧，得到二氧化硅-二氧化钛晶种复合物。根据本专利技术，所述钛源为三氯化钛或四氯化钛。根据本专利技术，所述钛源溶液的浓度为0.01-5mol/L，例如可以是0.01mol/L、0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L或5mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述硅胶溶液中二氧化硅的质量分数为20-60％，例如可以是20％、30％、40％、50％或60％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述钛源溶液与硅胶溶液的体积比为1:(20-500)，例如可以是1:20、1:50、1:100、1:200、1:300、1:400或1:500，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述干燥的温度为50-100℃，例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述干燥的时间为10-30h，例如可以是10h、15h、20h、25h或30h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述煅烧的温度为200-500℃，例如可以是200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃或500℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述煅烧的时间为1-5h，例如可以是1h、2h、3h、4h或5h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(2)的具体操作为：将步骤(1)得到的二氧化硅-二氧化钛晶种复合物加入钛酯和盐酸溶液的混合溶液中，进行水热反应，反应完成后得到二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物。根据本专利技术，所述钛酯为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯。根据本专利技术，所述盐酸溶液的浓度为5-20wt％，例如可以是5wt％、8wt％、10wt％、12wt％、15wt％、18wt％或20wt％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述钛酯和盐酸溶液的体积比为1:(20-500)，例如可以是1:20、1:50、1:100、1:200、1:300、1:400或1:500，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述水热反应的温度为160-200℃，例如可以是160℃、170℃、180℃、190℃或200℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述水热反应的时间为10-30h，例如可以是10h、15h、20h、25h或30h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，步骤(3)的具体操作为：将步骤(2)得到的二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物与碱性溶液混合，加热反应后，离心分离得到板钛矿型二氧化钛。根据本专利技术，所述碱性溶液的浓度为2-4mol/L，优选为3mol/L，例如可以是2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.5mol/L或4mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举。根据本专利技术，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液。根据本专利技术，所述加热温度为50-100℃，优选为80℃，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种板钛矿型二氧化钛，其特征在于，所述板钛矿型二氧化钛为单晶材料，具有棒状结构，且所述板钛矿型二氧化钛上分布有介孔。

【技术特征摘要】
1.一种板钛矿型二氧化钛，其特征在于，所述板钛矿型二氧化钛为单晶材料，具有棒状结构，且所述板钛矿型二氧化钛上分布有介孔。2.如权利要求1所述的板钛矿型二氧化钛，其特征在于，所述板钛矿型二氧化钛的长度为100-1000nm；优选地，所述板钛矿型二氧化钛的宽度为40-500nm；优选地，所述介孔的孔径为10-50nm。3.如权利要求1或2所述的板钛矿型二氧化钛的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)在二氧化硅模板中生长二氧化钛晶种，得到二氧化硅-二氧化钛晶种复合物；(2)在步骤(1)得到的二氧化硅-二氧化钛晶种复合物中生长板钛矿型二氧化钛，得到二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物；(3)除去步骤(2)得到的二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物中的二氧化硅，得到板钛矿型二氧化钛。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)的具体操作为：将钛源溶液和硅胶溶液混合，将所得混合溶液干燥后进行煅烧，得到二氧化硅-二氧化钛晶种复合物。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述钛源为三氯化钛或四氯化钛；优选地，所述钛源溶液的浓度为0.01-5mol/L；优选地，所述硅胶溶液中二氧化硅的质量分数为20-60％；优选地，所述钛源溶液与硅胶溶液的体积比为1:(20-500)；优选地，所述干燥的温度为50-100℃；优选地，所述干燥的时间为10-30h；优选地，所述煅烧的温度为200-500℃；优选地，所述煅烧的时间为1-5h。6.如权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)的具体操作为：将步骤(1)得到的二氧化硅-二氧化钛晶种复合物加入钛酯和盐酸溶液的混合溶液中，进行水热反应，反应完成后得到二氧化硅-板钛矿型二氧化钛复合物。7.如权利要求3-6任一项所述的方法，其特征在于，所述钛酯为钛酸四丁酯或钛酸异丙酯；优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴玲钰，曹爽，吴志娇，伏兵，于海宁，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11