一种花菜状二氧化钛的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于光电催化领域的花菜状纳米二氧化钛催化剂的制备方法。具体为利用水热合成方法，并在一定气氛中对样品进行焙烧得到具有纳米花菜状结构的TiO2。利用水热法制备二氧化钛的花菜状纳米颗粒具有均匀的形貌且尺寸可控。而且该工艺制备方法简单，简化了二氧化钛制备过程的实施工艺，成本低廉，利于大规模制备。该材料在光电催化及电化学催化等方面具有较大的应用潜力。方面具有较大的应用潜力。方面具有较大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种花菜状二氧化钛的制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源材料
，尤其涉及一种花菜状二氧化钛的制备方法。

技术介绍

[0002]日益严重的能源危机和环境问题推动了全球可持续清洁能源的发展。光电化学水分解产氢被认为是一种可持续的清洁能源生产方法。在过去的几十年中，人们为实现高效的光电化学水分解做出了巨大努力。1972年，藤岛和本田首次在TiO2电极上实现了了光电化学水分解制氢。目前，在众多的高活性光电极中，TiO2由于具有光催化活性高、稳定性好、扩散长度长、成本低等优点，是光电化学水分解应用中最常用的宽带隙半导体光阳极。然而TiO2中产生的电子具有较低的电子迁移率(1cm
2 V
‑1s
‑1)，导致光生载流子分离效率低，电荷载流子寿命短，限制了其在光电化学水分解制氢中的应用。因此，提高TiO2光阳极材料的电荷分率效率对于提高其制氢效率具有重要意义。最近的研究表明，控制形貌与结构，元素掺杂和窄带隙半导体复合均可以提高TiO2的光电化学分解水性能。
[0003]对光电解材料来说，TiO2半导体材料的制备过程及其制备条件对材料的光学特性、光电化学特性有很重要的影响。就TiO2半导体材料目前的发展来说，其制备方法多种多样。文献(Stepan Kment,Francesca Riboni,et al.Chem.Soc.Rev.,2017,46,3716.)中总结了溶胶
‑
凝胶法，阳极氧化法，水热法等方法用于制备TiO2光阳极。在各种制备方法中，水热法具有：(1)适用性广泛；(2)工艺简单；(3)改变反应温度、压力、反应时间等因素可在水热过程中有效地控制晶粒大小和晶体生长等优点，因此常被用来制备二氧化钛纳米材料。本专利主要采用水热合成法在导电基底上制备形貌可控的二氧化钛纳米颗粒，由于其比表面积大，能够提供电子传输的扩散通道以及光生载流子传输性能优异等特点，因此在光电解制氢等领域已显示出极大的应用前景。

技术实现思路

[0004]我们专利技术了一种简单可行的方法制备出具有花菜状纳米形貌的二氧化钛催化剂，并发现其在电催化和光电催化中的应用。本专利技术的目的在于针对花菜状纳米形貌二氧化钛提出一种可以广泛应用的制备方法。该法具有操作简单，廉价易得，制备的薄膜形貌为花菜状纳米颗粒及利于大规模制备等优点。
[0005]一种花菜状二氧化钛纳米颗粒的制备方法，预处理导电基板后，将导电基板浸入含有Ti4+前驱体溶液中利用高温水热法在其表面沉积一层钛的氧化物薄膜；再将所得的薄膜彻底清洗后置于一定气氛中高温煅烧，得到二氧化钛薄膜，按此方法制备的二氧化钛具有均匀的花菜状纳米形貌。
[0006]具体制备步骤包括：
[0007]1)预处理过程如下：首先将导电基板分别依次放入丙酮，乙醇和去离子水中超声清洗，经去离子水溶液清洗后吹干，将导电基板不需要沉积的导电面及背面密封；
[0008]2)水热合成过程：利用水热釜形成高压的环境。首先配制含有2
‑
48mM的Ti4+前驱
体溶液，溶液中含有0.1M盐酸，并搅拌均匀；将两片预处理后的导电基板用密封介质对称粘在水热釜内衬中，导电面面向水热釜内衬中心。将水热釜密封完成后放入烘箱中于120
‑
170℃加热1
‑
15h；
[0009]3)反应完成后，待水热釜冷却至室温，从水热釜中取出导电基板，经无水乙醇和去离子水清洗后去除密封介质，将所得的样品放入400
‑
550℃的气氛中煅烧2h，升温速率为1
‑
8℃/min，得到二氧化钛薄膜，按此方法制备的二氧化钛具有均匀的花菜状纳米形貌；
[0010]所述的导电基板为导电玻璃(FTO)或其他导电平板，如Ti板，Ti网，不锈钢板等；
[0011]所述的导电玻璃表面电阻为≥10Ω/sq，表面导电层厚度≥300nm，导电玻璃厚度≥2mm，如氧化铟锡导电玻璃(ITO)或掺F的氧化铟锡导电玻璃(FTO)等；其他导电平板为至少有一面导电的基质板，如Ti板，Ti网，不锈钢板等；
[0012]所述的密封介质采用绝缘耐高压介质(如绝缘胶带等)进行密封，并在水热反应过后将密封介质除去；
[0013]所述的Ti4+的前驱体水溶液为2
‑
48mM的C16H36TiO4、C12H28O4Ti、TiCl4或其他含有Ti4+离子的溶液；
[0014]所述水热反应的温度为120
‑
170℃，水热反应的时间为1
‑
15h；
[0015]所述煅烧过程的温度是400
‑
550℃，升温速率为1
‑
8℃/min；
[0016]所述煅烧过程的一定气氛为空气或者99.9％的氮气等
[0017]本专利技术的特点及有益效果为：
[0018](1)本专利技术将导电基板作为沉积的基板，合成过程利用水热法过程制备光电催化剂；
[0019](2)本专利技术能够快速、准确地在导电基板表面制备TiO2半导体薄膜，通过扫描电镜表征制备的薄膜样品是具有均匀的花菜状形貌的二氧化钛纳米颗粒。
[0020]本专利技术中薄膜具有稳定性，并且具有实施过程易操作，成本低廉等优点。采用此种方法制备的TiO2氧化物作为光电催化剂，可应用于太阳能分解水制氢的领域，同时在电催化及其他催化领域也有很好的应用前景。
附图说明
[0021]图1中a是绝缘胶带密封的导电基板的示意图，b是水热釜内衬，c是水热釜。1为绝缘胶带密封部分，2为导电基板暴露的导电面，3为水热釜内衬，4为导电基板，5为前驱体溶液，其中导电面朝向水热釜内衬中心。
[0022]图2是制备的TiO2的数码照片。1为在FTO上制备的TiO2薄膜，2为在Ti片上制备的TiO2薄膜，3为在Ti网上制备的TiO2薄膜，分别对应实施例1，2，3。
[0023]图3是制备的TiO2放大250000倍的扫描电镜图片，图中标尺为100nm，对应实施例1。
[0024]图4是制备的TiO2的XRD图谱，具体以5
°
/min的扫描速率从10
°
到80
°
，黑色菱形代表二氧化钛的XRD特征峰，对应实施例1。
[0025]图5是分别在FTO，Ti片，Ti板上制备的TiO2的光电性能图，对应实施例1，2，3。光电性能是在H型电解池中以Pt电极作为对电极，Ag/AgCl(sat.KCl)作为参比电极，1M的NaOH(pH＝13.6)的电解液中进行测试。光源为300W的氙灯。
具体实施方式
[0026]为详细说明本申请可能的应用场景，技术原理，可实施的具体方案，能实现目的与效果等，以下结合所列举的具体实施例并配合附图详予说明。本文所记载的实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
[0027]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种花菜状二氧化钛纳米颗粒的制备方法，其特征在于：预处理导电基板后，将导电基板浸入含有Ti
4+
前驱体溶液中利用高温水热法在其表面沉积一层Ti的氧化物薄膜；再将所得的薄膜彻底清洗后置于一定气氛中高温煅烧，得到二氧化钛薄膜，按此方法制备的二氧化钛具有均匀的花菜状纳米形貌。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：具体制备步骤包括：1)预处理过程如下：首先将导电基板分别依次放入丙酮，乙醇和去离子水中超声清洗，经去离子水溶液清洗后吹干，将导电基板不需要沉积的导电面及背面密封；2)水热合成过程：利用水热釜形成高压的环境，首先配制含有2
‑
48mM的Ti
4+
前驱体溶液，溶液中含有0.1M盐酸，并搅拌均匀；将两片预处理后的导电基板用密封介质对称粘在水热釜内衬中，导电面面向水热釜内衬中心；将水热釜密封完成后放入烘箱中于120
‑
170℃加热1
‑
15h；3)反应完成后，待水热釜冷却至室温，从水热釜中取出导电基板，经无水乙醇，去离子水清洗后去除密封介质，将所得的样品放入400
‑
550℃的气氛中煅烧2h，升温速率为1
‑
8℃/min，得到二氧化钛薄膜，按此方法制备的二氧化钛具有均匀的花菜状纳米形貌。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的导电基板为导电玻璃(F...

【专利技术属性】
技术研发人员：付丽，林伊旻，房万晴，徐榕梓，
申请(专利权)人：福建师范大学泉港石化研究院，
类型：发明
国别省市：