本發(fā)明屬于光催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

纖鐵礦結(jié)構(gòu)的層狀鈦氧化物(例如：h1.07ti1.73o4、h2ti4o9、h2ti5o11、h0.67ti1.83o4等)簡(jiǎn)稱hto，作為一種代表性的具有開放結(jié)構(gòu)tio2衍生物而備受關(guān)注。hto是由共邊聯(lián)結(jié)的tio6八面體層構(gòu)成的主體層和層間的水合氫離子組成的。tio6八面體層中的鈦空位可導(dǎo)致主體層帶負(fù)電荷，因此其它一些客體物質(zhì)，如帶正電荷的離子或分子等，很容易通過靜電力的作用進(jìn)入主體層間，卻不破壞其層狀結(jié)構(gòu)。因此，以層狀hto作為前驅(qū)體在各種鈦酸鹽可控設(shè)計(jì)合成領(lǐng)域中具有巨大潛力。層狀hto由于其具有良好的光催化活性，被廣泛的應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，但是其禁帶寬度較大(eg＝3.1～3.5ev)，只能在紫外光下響應(yīng)，而紫外光在太陽光譜中僅占約5％，因此這也限制了它的實(shí)際應(yīng)用。

為了提高層狀hto對(duì)太陽光的利用率，目前主要是通過對(duì)層狀鈦氧化物進(jìn)行形貌控制、摻雜改性、半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬負(fù)載等，例如，采用可見光響應(yīng)的納米粒子或者團(tuán)簇作為量子點(diǎn)負(fù)載在層狀hto表面，來有效地提高其可見光催化性能。而將這些納米粒子或者團(tuán)簇引入到層狀化合物層間的報(bào)道比較少。taewookim等人通過剝離-重組-熱處理三步法制備了插層的crox–ti1.83o4三維材料，并發(fā)現(xiàn)其具有較好的可見光光催化活性(adv.funct.mater.2007,17,307–314)。但這些方法都存在工藝復(fù)雜，不易控制，能耗高等缺點(diǎn)，不適合大批量生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物及其制備方法和應(yīng)用，該方法可以將ag2o團(tuán)簇快速的插入到層狀鈦氧化物的層間，形成ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物，提升了其對(duì)可見光的吸收效率。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開了一種ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物的制備方法，將纖鐵礦結(jié)構(gòu)的層狀鈦氧化物粒子加入到agno3溶液中，避光并充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)后，過濾、洗滌、干燥，得到可見光響應(yīng)的ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物粉體。

優(yōu)選地，纖鐵礦結(jié)構(gòu)的層狀鈦氧化物粒子為h1.07ti1.73o4、h2ti4o9、h2ti5o11或h0.67ti1.83o4。

優(yōu)選地，纖鐵礦結(jié)構(gòu)的層狀鈦氧化物粒子與agno3溶液的用量比為(0.5～1)g：(50～100)ml。

優(yōu)選地，agno3溶液的濃度為0.1～1mol/l。

優(yōu)選地，攪拌時(shí)間為0.5～12h。

優(yōu)選地，干燥溫度為40～80℃。

本發(fā)明還公開了采用上述制備方法制得的ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物，該ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物的tio6八面體層間存在ag2o團(tuán)簇。

該ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物粉體呈淺綠色。

本發(fā)明還公開了上述ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物作為可見光光催化劑的應(yīng)用。該ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物能夠降解有機(jī)污染物。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明方法選擇用agno3水溶液對(duì)纖鐵礦結(jié)構(gòu)的層狀鈦氧化物粒子進(jìn)行處理，由于纖鐵礦結(jié)構(gòu)的層狀鈦氧化物粒子具有開放結(jié)構(gòu)，ag⁺很容易通過離子交換反應(yīng)進(jìn)入到tio6八面體層間，并在tio6八面體層間水解生成ag2o團(tuán)簇，這些ag2o團(tuán)簇增強(qiáng)了可見光吸收，改變了載流子傳輸路徑，抑制了光生電子和空穴的復(fù)合，提高了載流子壽命。進(jìn)而提升了層狀鈦氧化物光催化劑在可見光下的催化活性。與固相高溫?fù)诫s改性和異質(zhì)半導(dǎo)復(fù)合相比，該方法具有速度快，工藝過程簡(jiǎn)單(只需避光攪拌反應(yīng)即可)，易于控制等優(yōu)點(diǎn)，適宜在大批量生產(chǎn)。

本發(fā)明利用纖鐵礦結(jié)構(gòu)的層狀鈦氧化物粒子的開放結(jié)構(gòu)特性，巧妙地將ag⁺離子以ag2o團(tuán)簇形式引入到層狀鈦酸的內(nèi)部(也就是tio6八面體層間)，使得層狀氧化鈦的tio6八面體層間存在大量的ag2o團(tuán)簇，比商業(yè)化二氧化鈦的可見光催化活性強(qiáng)，因此，能夠作為可見光光催化劑，在降解有機(jī)污染物方面存在廣泛應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備的ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物與層狀鈦氧化物的xrd圖譜；

圖2是本發(fā)明制備的ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物與層狀鈦氧化物的sem照片；其中，(a)為ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物；(b)為層狀鈦氧化物；

圖3是本發(fā)明制備的ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物中ag3d的xps圖譜；

圖4是本發(fā)明制備的ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物與層狀鈦氧化物對(duì)rhb染料的可見光降解圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

實(shí)施例1

按照層狀結(jié)構(gòu)h1.07ti1.73o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為0.5g：50ml，將層狀結(jié)構(gòu)h1.07ti1.73o4板狀粒子加入到濃度為0.1mol/l的agno3溶液中，避光攪拌0.5h后，過濾、洗滌，在40℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例2

按照層狀結(jié)構(gòu)h1.07ti1.73o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為1g：50ml，將層狀結(jié)構(gòu)h1.07ti1.73o4·h2o板狀粒子加入到濃度為0.1mol/l的agno3溶液中，避光攪拌6h后，過濾、洗滌，在60℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例3

按照層狀結(jié)構(gòu)h1.07ti1.73o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為1g：100ml，將層狀結(jié)構(gòu)h1.07ti1.73o4板狀粒子加入到濃度為0.5mol/l的agno3溶液中，避光攪拌12h后，過濾、洗滌，在80℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例4

按照層狀結(jié)構(gòu)h1.00ti1.75o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為0.5g：100ml，將層狀結(jié)構(gòu)h1.00ti1.75o4板狀粒子加入到濃度為0.3mol/l的agno3溶液中，避光攪拌6h后，過濾、洗滌，在60℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例5

按照層狀結(jié)構(gòu)h1.00ti1.75o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為1g：50ml，將層狀結(jié)構(gòu)h1.00ti1.75o4板狀粒子加入到濃度為0.1mol/l的agno3溶液中，避光攪拌12h后，過濾、洗滌，在80℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例6

按照層狀結(jié)構(gòu)h0.93ti1.77o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為1g：70ml，將層狀結(jié)構(gòu)h0.93ti1.77o4板狀粒子加入到濃度為0.5mol/l的agno3溶液中，避光攪拌3h后，過濾、洗滌，在50℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例7

按照層狀結(jié)構(gòu)h0.93ti1.77o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為0.5g：50ml，將層狀結(jié)構(gòu)h0.93ti1.77o4板狀粒子加入到濃度為0.2mol/l的agno3溶液中，避光攪拌12h后，過濾、洗滌，在80℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例8

按照層狀結(jié)構(gòu)h0.93ti1.77o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為0.5g：70ml，將層狀結(jié)構(gòu)h0.93ti1.77o4板狀粒子加入到濃度為0.4mol/l的agno3溶液中，避光攪拌0.5h后，過濾、洗滌，在50℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例9

按照層狀結(jié)構(gòu)h0.67ti1.83o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為1g：70ml，將層狀結(jié)構(gòu)h0.67ti1.83o4板狀粒子加入到濃度為0.5mol/l的agno3溶液中，避光攪拌0.5h后，過濾、洗滌，在80℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

實(shí)施例10

按照層狀結(jié)構(gòu)h0.67ti1.83o4板狀粒子與agno3水溶液的用量為0.5g：50ml，將層狀結(jié)構(gòu)h0.67ti1.83o4板狀粒子加入到濃度為0.1mol/l的agno3溶液中，避光攪拌6h后，過濾、洗滌，在60℃下干燥得到ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體。

圖1是本發(fā)明制備的ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物與層狀鈦氧化物的xrd圖譜；其中，(a)為ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物；(b)為層狀鈦氧化物；從圖1可知，除了層狀鈦氧化物的層間的衍射峰消失，其它衍射峰均對(duì)應(yīng)層狀鈦氧化物，表明層間距變得非常大。從圖2可知，agno3溶液處理后，層狀鈦氧化物的板狀形貌沒有遭到破壞，但其表面有大量有ag2o團(tuán)簇生成。從圖3可知，ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物中ag是以ag2o形式存在的。由圖4可知，在可見光作用下ag2o團(tuán)簇插層的鈦氧化物淺綠色粉體對(duì)羅丹明b染料的降解有大幅提高，并且比商業(yè)化二氧化鈦p25的可見光催化活性都強(qiáng)。

以上所述內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。