本發(fā)明屬于光催化劑材料領(lǐng)域，涉及一種tio2混晶納米棒組裝體的制備方法，具體地說，是涉及金紅石-銳鈦礦混晶tio2納米棒組裝體光催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

tio2納米材料作為最有應(yīng)用前景的光催化材料之一，其在傳感器、太陽能電池、光催化、光能至電能的轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的應(yīng)用引起了人們的高度重視。如何簡便地合成具有高性能的二氧化鈦納米材料成了全世界研究的熱點。

tio2在自然界中具有三種天然的晶型：銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型。由于納米tio2光催化劑產(chǎn)生的光生電子和空穴的分離轉(zhuǎn)移速度慢，復(fù)合率高，導(dǎo)致光催化量子效率低，存在光催化效率不高的問題。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)當(dāng)tio2體系中含有銳鈦礦和金紅石兩種晶相時，由于半導(dǎo)體復(fù)合在界面處形成異質(zhì)結(jié)，能夠抑制電荷的復(fù)合，使tio2表現(xiàn)出比單一晶相更好的光催化活性。例如，現(xiàn)已產(chǎn)業(yè)化的degussa公司生產(chǎn)的高活性光催化劑p25就是由具有不同配比的(銳鈦礦：80％，金紅石20％)銳鈦礦型tio2和金紅石型tio2雙晶相構(gòu)成的?；炀io2晶相交界處能促進光生電子-空穴的有效分離，降低光生載流子的復(fù)合率，同時由于混晶中的金紅石型二氧化鈦具有更窄的帶隙，可以促進混晶二氧化鈦對可見光的吸收，提高光的利用率?？梢姡炀io2體系在一定程度上可以提高其光催化活性。而目前常用的合成混晶的方法通常包括溶膠-凝膠法、高溫煅燒法、溶劑熱法、生產(chǎn)成本高等，這些方法通常合成過程復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻、形貌難以控制、需使用有毒有害的溶劑等。所以研究一種低溫、安全、成本低的混晶合成方法對于高性能tio2納米材料的制備具有重要意義。

近年來，由低維的納米結(jié)構(gòu)單元如納米線、納米棒等有序組裝而成的三維多級結(jié)構(gòu)二氧化鈦成為研究熱點，這是因為與傳統(tǒng)的低維二氧化鈦納米材料相比，三維多級結(jié)構(gòu)顯示出其獨特的優(yōu)勢：(1)三維多級結(jié)構(gòu)通常同時具有微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，并能抑制兩者結(jié)構(gòu)上的缺陷，使其表現(xiàn)出優(yōu)異的物化性質(zhì)；(2)三維納米材料具有更大的比表面積，可以為光催化反應(yīng)提供更多的活性位點；(3)三維納米材料具有更大的長徑比，在光催化反應(yīng)中有助于光生載流子的生成、遷移，反應(yīng)物在表面的吸附，同時能大大增強二氧化鈦對光的吸收和散射能力。鑒于三維納米材料的優(yōu)勢，近年來科研人員采用模板法、溶劑熱法、微波法等方法來合成具有良好催化活性的三維納米材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有制備tio2混晶納米棒組裝體光催化劑技術(shù)中合成過程復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻、形貌難以控制、需使用有毒有害的溶劑等等缺點，提供一種tio2混晶納米棒組裝體光催化劑的制備方法。該方法工藝簡單，反應(yīng)條件較溫和，無需高溫煅燒，制備出由銳鈦礦-金紅石型tio2納米棒組裝而成的花狀結(jié)構(gòu)，在光催化反應(yīng)中有助于光生電子和空穴的分離轉(zhuǎn)移速度快銳鈦礦和金紅石型的摩爾比可控，光催化性能高。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種tio2混晶納米棒組裝體光催化劑及制備方法。其特征在于，所述方法以無機硫酸鈦為原料，具有通過一步水熱反應(yīng)制得到銳鈦礦-金紅石型tio2混晶納米棒組裝結(jié)構(gòu)光催化劑，制備方法包括下述步驟：

(1)將硫酸鈦溶解于水中，加入一定量鹽酸，攪拌均勻，濃度分別為硫酸鈦：20-50mmol·l^-1，hcl：1-3mol·l^-1；

(2)將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在120-200℃恒溫加熱1-6h；

(3)將上述反應(yīng)混合液冷卻后，離心分離，分別用去離子水和無水乙醇洗滌三次，在干燥箱中干燥后得到tio2混晶納米棒組裝體光催化劑。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：所用前驅(qū)物為廉價的無機硫酸鈦鹽，制備工藝簡單、成本低；該方法所制備tio2混晶納米棒組裝體光催化劑具有三維組裝結(jié)構(gòu)，對水中有機染料降解光催化活性高。

附圖說明

圖1為實施例一和實施例二所制備的tio2混晶納米棒組裝體樣品的xrd譜圖。

圖2為實施例一所制備的tio2混晶納米棒組裝體樣品的sem照片。

圖3為實施例一所制備的tio2混晶納米棒組裝體樣品的光催化降解亞甲基藍的uv-vis吸收光譜圖。

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明：

實施例一：

1.將硫酸鈦溶解于水中，加入一定量鹽酸，攪拌均勻，濃度分別為硫酸鈦：25mmol·l^-1，hcl：3mol·l^-1；

2.將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在180℃恒溫加熱2h；

3.將上述反應(yīng)混合液冷卻后，離心分離，分別用去離子水和無水乙醇洗滌三次，在干燥箱中干燥后，得到tio2混晶納米棒組裝體光催化劑。

實施例二：

1.將硫酸鈦溶解于水中，加入一定量的鹽酸，攪拌均勻，濃度分別為硫酸鈦：25mmol·l^-1，hcl：1.2mol·l^-1；

2.將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在180℃恒溫加熱2h；

3.將上述反應(yīng)混合液冷卻后，離心分離，分別用去離子水和無水乙醇洗滌三次，在干燥箱中干燥后，得到tio2混晶納米棒組裝體光催化劑。

實施例三：

1.將硫酸鈦溶解于水中，加入一定量鹽酸，攪拌均勻，濃度分別為硫酸鈦：50mmol·l^-1，hcl：3mol·l^-1；

2.將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在180℃恒溫加熱2h；

3.將上述反應(yīng)混合液冷卻后，離心分離，分別用去離子水和無水乙醇洗滌三次，在干燥箱中干燥后，得到tio2混晶納米棒組裝體光催化劑。

實施例四：

1.將硫酸鈦溶解于水中，加入一定量的鹽酸，攪拌均勻，濃度分別為硫酸鈦：25mmol·l^-1，hcl：2mol·l^-1；

2.將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在150℃恒溫加熱6h；

3.將上述反應(yīng)混合液冷卻后，離心分離，分別用去離子水和無水乙醇洗滌三次，在干燥箱中干燥后，得到tio2混晶納米棒組裝體光催化劑。

實施例五：

1.將硫酸鈦溶解于水中，加入一定量的鹽酸，攪拌均勻，濃度分別為硫酸鈦：50mmol·l^-1，hcl：3mol·l^-1；

2.將上述混合液轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，在180℃恒溫加熱6h；

3.將上述反應(yīng)混合液冷卻后，離心分離，分別用去離子水和無水乙醇洗滌三次，在干燥箱中干燥后，得到tio2混晶納米棒組裝體光催化劑。

圖1為利用本發(fā)明實施例一和實施例二所述方法制備樣品的xrd譜圖。由圖可以看出，從圖中可以看出樣品為混晶結(jié)構(gòu)。圖中標(biāo)注*的為銳鈦礦晶相的衍射峰，標(biāo)注#的為金紅石晶相的衍射峰，分別與標(biāo)準(zhǔn)卡片(jcpds)no.21-1272中銳鈦礦相的衍射峰以及標(biāo)準(zhǔn)卡片(jcpds)no.65-0190中金紅石相的衍射峰一致。

圖2為利用本發(fā)明實施例一所述方法制備的tio2混晶納米棒組裝體光催化劑的sem照片。由圖可以看出，花狀結(jié)構(gòu)是由納米棒組裝而成的，納米棒長約1.5μm左右。

圖3為利用本發(fā)明實施例一所述方法制備的tio2混晶納米棒組裝體光催化劑的光催化降解亞甲基藍的uv-vis吸收光譜圖。從圖中可以看出亞甲基藍的最大吸收峰強度隨著光催化反應(yīng)進行迅速降低，80min后，亞甲基藍的最大吸收峰基本消失，說明水溶液中亞甲基藍基本分解完全。水中亞甲基藍的光催化降解實驗結(jié)果表明，本發(fā)明制備的tio2混晶納米棒組裝體光催化劑對有機染料的光催化降解具有很好的光催化性能。

說明本發(fā)明所述方法制備的tio2混晶納米棒組裝體光催化劑也可以用作光催化分解水制氫的高效光催化劑。

同時，空氣凈化實驗結(jié)果表明，本發(fā)明所述方法制備的銳鈦礦-金紅石型tio2混晶納米棒組裝體光催化劑對甲醛、甲苯、硫化氫、氨等有害氣體也具有很好的光催化氧化性能，說明本發(fā)明所述方法制備的載鉑鈦酸鈉混晶納米線組裝結(jié)構(gòu)光催化劑，對空氣中常見有害氣體具有凈化作用，可以用于空氣凈化光催化劑。

上述實施例是本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，未背離本發(fā)明的原理與工藝過程下所作的其它任何改變、替代、簡化等，均為等效的置換，都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。