本發(fā)明屬于新型無機(jī)材料合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種截柱狀八面體銳鈦礦型TiO₂的制備方法。

背景技術(shù)：

TiO₂作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無害、光催化性質(zhì)突出，在顏料、光學(xué)和太陽能材料、電化學(xué)、吸附和催化等領(lǐng)域有普遍的應(yīng)用。

TiO₂有三種主要的晶型結(jié)構(gòu)，分別是金紅石型，銳鈦礦型和板鈦礦型。其中，由于銳鈦礦型TiO₂相比其它兩種晶型，在光催化反應(yīng)過程中具有更高的活性，因而被廣泛研究。具有光催化活性的銳鈦礦型TiO₂可以通過利用太陽能降解很多有害的有機(jī)物質(zhì)，可用作于污水、霧霾中，在一定程度上可以有效的改善環(huán)境污染問題。但自然條件下TiO₂的主要晶面是{101}面，對(duì)太陽能轉(zhuǎn)化率較低，只能利用太陽能中的紫外光部分，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。目前，已經(jīng)有科研人員從金屬摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合，表面敏化等手段改善TiO₂的光催化性能，這些方法雖然能夠提高其光催化性能，但都是通過外部物質(zhì)來改善自身性能。大量的理論研究證明銳鈦礦TiO₂的各個(gè)晶面的表面自由能是不同的，晶面的表面自由能大小分別為{001}0.90J/m2>{010}0.53J/m2>{101}0.44J/m2，表面自由能的差異導(dǎo)致了具有不同晶面的TiO₂在光學(xué)和電學(xué)的活性的不同，能量越高的晶面具有越高的活性。因此{(lán)001}晶面具有更好的性能，然而晶面的控制往往需要添加形貌控制劑，增加了成本，而且難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。本專利基于納米TiO₂粉體獨(dú)特的形貌結(jié)構(gòu)，以及{001}晶面暴露TiO₂具有較好光催化活性的優(yōu)點(diǎn)，采用水熱法合成，其工藝簡(jiǎn)單，結(jié)晶度好，即可獲得活性較高的光催化活性，因此具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便的截柱狀八面體銳鈦礦型TiO₂的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案，包括以下步驟：

(1)稱取一定質(zhì)量的氫氧化鉀和P25，量取一定體積的去離子水。

(2)將所取的氫氧化鉀、去離子水和P25加入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，超聲一段時(shí)間，攪拌一段時(shí)間，在一定的反應(yīng)溫度下反應(yīng)一段時(shí)間。

(3)冷卻至室溫，將所得沉淀搗碎，調(diào)節(jié)溶液pH值，過濾、洗滌，干燥。

(4)將烘干的粉體用研缽研碎，分散在一定濃度的硝酸銨中，攪拌一段時(shí)間，過濾，干燥，得到前驅(qū)體鈦酸鉀納米線。

(5)稱取一定質(zhì)量的前驅(qū)體鈦酸鉀納米線和碳酸銨，量取一定體積的去離子水。

(6)將所取的鈦酸鉀納米線、碳酸銨和去離子水加入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，超聲一段時(shí)間，攪拌一段時(shí)間,在一定的反應(yīng)溫度下反應(yīng)一段時(shí)間。

(7)冷卻至室溫后，過濾，洗滌，干燥。

(8)置于馬弗爐中，在一定的溫度下煅燒一段時(shí)間，得到截柱狀八面體銳鈦礦TiO2。

所述稱取一定質(zhì)量的氫氧化鉀和P25，其質(zhì)量比為20-28:1。

所述量取一定體積的去離子水為1g P25對(duì)應(yīng)加入40-60mL水。

所述的超聲一段時(shí)間為10-15min，攪拌一段時(shí)間為1h以上。

所述的調(diào)節(jié)溶液pH值為3-7。

所述一定濃度的硝酸銨為0.05-0.2mol/L。

所述稱取一定質(zhì)量的鈦酸鉀納米線和碳酸銨，其質(zhì)量比為1：5-40。

所述一定的反應(yīng)溫度為160-220℃。

所述的反應(yīng)一段時(shí)間為20-26h。

所述的洗滌過程用無水乙醇洗滌。

所述的干燥過程溫度為60-70℃，干燥時(shí)間為10-14h。

所述的一定煅燒溫度為300-500℃。所述的煅燒一段時(shí)間為2.5-4h。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明提供了一種高純度截柱狀八面體狀銳鈦礦型二氧化鈦的制備方法，此結(jié)構(gòu)具有很好的物理化學(xué)性質(zhì)。

(2)本發(fā)明采用溶劑熱合成的方法，該方法操作簡(jiǎn)單，具有環(huán)境友好，低溫，可以大量合成等優(yōu)點(diǎn)。

(3)本發(fā)明采用氫氧化鉀，P25，碳酸銨等作為原料，成本低。

附圖說明

圖1為前驅(qū)體鈦酸鉀納米線的SEM譜圖

圖2為截柱狀八面體狀銳鈦礦型TiO2的SEM譜圖

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

稱取氫氧化鉀22.4g，量取去離子水體積為40mL，加入燒杯中，立刻攪拌，待冷卻后，向其中加入1g P25。超聲10min，攪拌1h，然后轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在200℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，倒掉內(nèi)襯里面的上清液，剩下白色固體，把白色固體轉(zhuǎn)移到燒杯中，將其切碎成小片，加入去離子水，向溶液中加入硫酸溶液，調(diào)節(jié)pH值為3-7，然后過濾，洗滌，干燥。將烘干的粉體用研缽研碎，溶于0.1mol/L的硝酸銨中，攪拌12h，然后將液體過濾，洗滌，干燥。將烘干的固體研磨，得到鈦酸鉀納米線。

稱取所得的鈦酸鉀納米線0.2g和碳酸銨2g加入水中，攪拌至混合均勻。轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在200℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌過濾，放置于60℃的烘箱中，干燥12h。待固體產(chǎn)物烘干后轉(zhuǎn)移到坩堝中，最后置于350℃馬弗爐中，煅燒3h，得到截柱狀八面體狀銳鈦礦型TiO₂。

實(shí)施例2

稱取氫氧化鉀25g，量取去離子水體積為40mL，加入燒杯中，立刻攪拌，待冷卻后，向其中加入1g P25。超聲10min，攪拌1h，然后轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在200℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，倒掉內(nèi)襯里面的上清液，剩下白色固體，把白色固體轉(zhuǎn)移到燒杯中，將其切碎成小片，加入去離子水，向溶液中加入硫酸溶液，調(diào)節(jié)pH值為3-7，然后過濾，洗滌，干燥。將烘干的粉體用研缽研碎，溶于0.1mol/L的硝酸銨中，攪拌12h，然后將液體過濾，洗滌，干燥。將烘干的固體研磨，得到鈦酸鉀納米線。

稱取所得的鈦酸鉀納米線0.2g和碳酸銨3g，加入水中，攪拌至混合均勻。轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在200℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌過濾，放置于60℃的烘箱中，干燥12h。待固體產(chǎn)物烘干后轉(zhuǎn)移到坩堝中，最后置于350℃馬弗爐中，煅燒3h，得到截柱狀八面體狀銳鈦礦型TiO₂。

實(shí)施例3

鈦酸鉀納米線按實(shí)施例1步驟合成。

稱取鈦酸鉀納米線0.2g和碳酸銨3g，加入水中，攪拌至混合均勻。轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在200℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌過濾，放置于60℃的烘箱中，干燥12h。待固體產(chǎn)物烘干后轉(zhuǎn)移到坩堝中，最后置于400℃馬弗爐中，煅燒3h，得到截柱狀八面體狀銳鈦礦型TiO₂。

實(shí)施例4

鈦酸鉀納米線按實(shí)施例1步驟合成。

稱取鈦酸鉀納米線0.2g和碳酸銨5g，加入水中，攪拌至混合均勻。轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在200℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌過濾，放置于60℃的烘箱中，干燥12h。待固體產(chǎn)物烘干后轉(zhuǎn)移到坩堝中，最后置于350℃馬弗爐中，煅燒3h，得到截柱狀八面體狀銳鈦礦型TiO₂。

實(shí)施例5

鈦酸鉀納米線按實(shí)施例1步驟合成。

稱取鈦酸鉀納米線0.2g和碳酸銨5g，加入水中，攪拌至混合均勻。轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在180℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌過濾，放置于60℃的烘箱中，干燥12h。待固體產(chǎn)物烘干后轉(zhuǎn)移到坩堝中，最后置于350℃馬弗爐中，煅燒3.5h，得到截柱狀八面體狀銳鈦礦型TiO₂。

實(shí)施例6

鈦酸鉀納米線按實(shí)施例1步驟合成。

稱取鈦酸鉀納米線0.2g和碳酸銨6g，加入水中，攪拌至混合均勻。轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在190℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌過濾，放置于60℃的烘箱中，干燥12h。待固體產(chǎn)物烘干后轉(zhuǎn)移到坩堝中，最后置于350℃馬弗爐中，煅燒3h，得到截柱狀八面體狀銳鈦礦型TiO₂。

實(shí)施例7

鈦酸鉀納米線按實(shí)施例1步驟合成。

稱取鈦酸鉀納米線0.2g和碳酸銨8g，加入水中，攪拌至混合均勻。轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，在220℃的反應(yīng)溫度下反應(yīng)24h。待反應(yīng)釜冷卻后，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌過濾，放置于60℃的烘箱中，干燥12h。待固體產(chǎn)物烘干后轉(zhuǎn)移到坩堝中，最后置于350℃馬弗爐中，煅燒3h，得到截柱狀八面體狀銳鈦礦型TiO₂。