本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子及其制備方法。

背景技術(shù)：

影響光催化材料的主要因素是光催化劑對(duì)太陽(yáng)光光譜的吸收范圍和光生電子和空穴的分離效率，但是還有其他因素影響著光催化材料的活性。例如光催化劑的晶粒尺寸、比表面積、暴露晶面、微觀結(jié)構(gòu)等，通過(guò)合成方法和工藝的改變可以有效地調(diào)控晶粒尺寸的大小，增大材料的比表面積，暴露活性面，合成層狀結(jié)構(gòu)催化劑，這些都可以改變光催化劑的物理或化學(xué)性質(zhì)，從而改善其光催化性能。

層狀化合物(如層狀鈦酸鹽)近些年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注，尤其是在二維石墨烯及類(lèi)石墨烯材料的發(fā)現(xiàn)后，越來(lái)越多的學(xué)者嘗試著找出其它二維材料探究二維材料的優(yōu)異性能。層狀鈦酸鹽就是其中的一種，層狀鈦酸鹽具有趣的層間離子交換能力，能夠被有機(jī)大分子插層、剝離合成一系列鈦基化合物，并且具有較大的比表面積，因此它被廣泛地應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)層狀鈦酸鹽的主要研究方向?yàn)閷訝钼佀岵鍖觿冸x并合成其它特定形貌的二氧化鈦或鈦酸鹽等，如日本的Takayoshi Sasaki成功地用有機(jī)大分子銨將層狀鈦酸剝離開(kāi)并于石墨烯復(fù)合(J.Am.Chem.Soc.2014,136(14):5491)。但這些方法都存在工藝復(fù)雜，反應(yīng)周期長(zhǎng)、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：

本發(fā)明的目的在于提供一種多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子及其制備方法，該方法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，對(duì)設(shè)備要求低，綠色環(huán)保；經(jīng)該方法制得的多孔層狀鈦酸粒子具有較強(qiáng)的光催化性能。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開(kāi)了一種多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子的制備方法，包括以下步驟：

1)將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子加入到Ba(OH)₂水溶液中，經(jīng)水熱處理后，過(guò)濾、洗滌、干燥，得到白色粉體；

2)將白色粉體浸入稀鹽酸溶液中，攪拌處理后，過(guò)濾、洗滌、干燥，得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

優(yōu)選地，步驟1)中，層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子與Ba(OH)₂水溶液的用量比為(0.5～1)g：30mL。

優(yōu)選地，Ba(OH)₂水溶液的濃度為0.05～0.2mol/L。

優(yōu)選地，步驟1)中，水熱處理是在105～150℃下處理6～12h。

優(yōu)選地，稀鹽酸溶液的濃度為0.1～2mol/L。

優(yōu)選地，步驟2)中，攪拌處理是在室溫條件下攪拌處理2～12h。

優(yōu)選地，步驟1)和步驟2)中的干燥均是在50℃下進(jìn)行。

所述層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子為具有層狀開(kāi)放結(jié)構(gòu)的鈦酸粒子。

具有層狀開(kāi)放結(jié)構(gòu)的鈦酸粒子為H_1.07Ti_1.73O₄、H₂Ti₄O₉、H₂Ti₅O₁₁或H_0.67Ti_1.83O₄。

本發(fā)明還公開(kāi)了采用上述的制備方法制得的多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子，該多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子的孔洞平均直徑為50nm。

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)明以層狀結(jié)構(gòu)的鈦酸粒子為前驅(qū)體，充分利用層狀鈦酸粒子的開(kāi)放性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)水熱和酸處理來(lái)合成表面具有多孔結(jié)構(gòu)的層狀鈦酸，有效地改善層狀鈦酸的光催化性能。水熱反應(yīng)過(guò)程中Ba²⁺離子非常容易進(jìn)入到TiO₆八面體層間，并發(fā)生拓?fù)浞磻?yīng)生成BaTiO₃納米晶，這些納米晶的在稀鹽酸作用下脫出Ba²⁺離子，形成多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。本發(fā)明正是利用BaTiO₃納米晶遇鹽酸不穩(wěn)定的特點(diǎn)，最終制得多孔的層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。本發(fā)明對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件容易達(dá)到，與前驅(qū)體層狀鈦酸相比，多孔層狀鈦酸的光催化性能得到有效提高。

經(jīng)本發(fā)明方法制得的多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子具有多孔結(jié)構(gòu)，其孔洞的平均直徑為50nm，具有較強(qiáng)的光催化性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制備的多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子的FE-SEM照片；

圖2為前驅(qū)體層狀鈦酸粒子的FE-SEM照片；

圖3為本發(fā)明制備的多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子的TEM照片；

圖4為是本發(fā)明制備的多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子與前驅(qū)體層狀鈦酸粒子對(duì)RhB染料的光催化降解圖。

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(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

實(shí)施例1

步驟一：按0.5g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H_1.07Ti_1.73O₄粒子加入到濃度為0.05mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)105℃水熱處理6h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到100mL濃度為0.1mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理2h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例2

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H_1.07Ti_1.73O₄粒子加入到30mL濃度為0.05mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)105℃水熱處理6h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到100mL濃度為0.5mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理2h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例3

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H_1.07Ti_1.73O₄粒子加入到30mL濃度為0.1mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)120℃水熱處理6h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到200mL濃度為1mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理6h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例4

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H_1.07Ti_1.73O₄粒子加入到30mL濃度為0.2mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)150℃水熱處理12h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到100mL濃度為2mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理12h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例5

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H₂Ti₄O₉粒子加入到濃度為0.05mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)115℃水熱處理6h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到100mL濃度為1.5mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理6h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例6

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H₂Ti₄O₉粒子加入到濃度為0.1mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)130℃水熱處理9h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到100mL濃度為1.5mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理12h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例7

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H₂Ti₅O₁₁粒子加入到濃度為0.2mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)125℃水熱處理9h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到200mL濃度為1mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理5h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例8

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H₂Ti₅O₁₁粒子加入到濃度為0.2mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)150℃水熱處理12h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到200mL濃度為2mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理12h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例9

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H_0.67Ti_1.83O₄粒子加入到濃度為0.05mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)110℃水熱處理9h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到100mL濃度為0.5mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理6h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

實(shí)施例10

步驟一：按1g：30mL的料液比，將層狀結(jié)構(gòu)鈦酸H_0.67Ti_1.83O₄粒子加入到濃度為0.2mol/L的Ba(OH)₂水溶液，經(jīng)150℃水熱處理12h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，得到白色粉體。

步驟二：將步驟一所得到的白色粉體加入到200mL濃度為2mol/L的稀HCl溶液中，經(jīng)攪拌處理12h后，過(guò)濾、洗滌、50℃下干燥，最終得到多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子。

參見(jiàn)圖1和圖2，從FE-SEM照片可知，多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子表面有明顯的孔洞，而前驅(qū)體層狀結(jié)構(gòu)鈦酸的表面非常光滑。參見(jiàn)圖3，從TEM照片可知，多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸粒子具有多孔結(jié)構(gòu)，這些孔洞的平均直徑為50nm。從圖4可知，多孔層狀結(jié)構(gòu)鈦酸相對(duì)前驅(qū)體層狀鈦酸，其光催化活性有所提高。

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(shuō)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(guò)閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)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。