本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬及光催化材料制備領(lǐng)域，涉及一種二維tio2超薄納米片及其制備方法。

背景技術(shù)：

tio2作為最重要的氧化物半導(dǎo)體之一，已經(jīng)被廣泛的研究并且在能源和環(huán)境領(lǐng)域得到了很多應(yīng)用。其中，光降解有機(jī)染料、光分解水制氫等光催化性能與tio2的暴露晶面密切相關(guān)。其中銳鈦礦tio2中(001)和(101)晶面在選擇性分離光生載流子中起到了重要作用，這對(duì)光催化的影響是很大的?，F(xiàn)階段為了制備高(001)晶面暴露率的tio2所面臨的問題可分為兩個(gè)方面：一是不規(guī)則形貌問題，另一個(gè)是納米片聚集問題。在本發(fā)明的制備方法中引入乙二醇作為修飾劑，期望通過hf和乙二醇的協(xié)同作用，使得(001)晶面的暴露率提高的同時(shí)，增強(qiáng)其分散性，從而提高其光催化性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種二維tio2超薄納米片及其制備方法，該方法采用水熱法實(shí)現(xiàn)二維tio2超薄納米片的合成，獲得的tio2納米片厚度范圍約為2～20nm，橫向尺寸約為200nm，(001)面暴露率約為97％，分散性好，產(chǎn)氫速率最高達(dá)到19.24mmolh^-1g^-1，根據(jù)現(xiàn)有資料及文獻(xiàn)分析，該數(shù)據(jù)超過了現(xiàn)階段所有tio2及tio2基光催化劑的光催化產(chǎn)氫速率。并且可以通過對(duì)乙二醇及hf用量比例的調(diào)節(jié)來達(dá)到對(duì)納米片厚度的調(diào)控。

本發(fā)明提供一種二維tio2超薄納米片的制備方法，制備方法包括以下步驟：

將tbot(鈦酸四正丁酯)和hf混合，加入乙二醇，室溫?cái)嚢杌旌暇鶆颍辉?80℃的條件下水熱反應(yīng)16h；所得產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇清洗后，置于烘箱中烘干，獲得二維tio2超薄納米片。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述的tbot和hf的摩爾比為1:8。

優(yōu)選的，所述的乙二醇和hf的摩爾比為1:1。

所用的原料鈦酸四正丁酯、氫氟酸以及乙二醇的純度均不低于化學(xué)純。

所述的攪拌過程在室溫下進(jìn)行，且攪拌時(shí)長以60min為最佳。

采用本發(fā)明方法制備獲得的tio2納米片為具有規(guī)則的矩形形貌，橫向尺寸約為200nm，厚度范圍約為2～20nm，且薄片具有良好的光催化產(chǎn)氫效率。且本發(fā)明通過大量研究發(fā)現(xiàn)，乙二醇與f^-之間存在協(xié)同作用，通過調(diào)控乙二醇與hf的用量比例，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物厚度及(001)面暴露率的調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光催化產(chǎn)氫效率的調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1是實(shí)例1制備的二維tio2超薄納米片的x射線衍射(xrd)圖譜；

圖2是實(shí)例1制備的二維tio2超薄納米片的掃描電子顯微鏡(sem)照片；

圖3是實(shí)例1，2制備的二維tio2超薄納米片的透射電子顯微鏡(tem)照片下的厚度統(tǒng)計(jì)圖；

圖4是實(shí)例3制備的二維tio2超薄納米片的掃描電子顯微鏡(sem)照片；

圖5是實(shí)例1制備的二維tio2超薄納米片的光催化產(chǎn)氫速率圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實(shí)施例1

1)分別稱取鈦酸四正丁酯10g和氫氟酸4.5ml置于反應(yīng)釜中，2)稱量15ml乙二醇溶液，與步驟1)所得溶液混合，磁力攪拌60min；

3)將反應(yīng)釜擰緊，置于馬弗爐中加熱180℃保溫16h；

4)將步驟3)所得溶液的沉淀物分別用去離子水以及無水乙醇清洗3次，最終得到的沉淀物置于馬弗爐加熱至70℃保溫6h烘干，即可得最終產(chǎn)物。所合成的材料xrd分析圖如圖1，sem照片如圖2，納米片的tem圖如圖3(a)，光催化產(chǎn)氫速率圖如圖5。

可以看出：該水熱反應(yīng)產(chǎn)物為銳鈦礦tio2，納米片厚度約為2～3nm，橫向尺寸約為200nm，其光催化產(chǎn)氫效率可達(dá)到19.24mmolh^-1g^-1。

實(shí)施例2

1)分別稱取鈦酸四正丁酯10g和氫氟酸4.5ml置于反應(yīng)釜中；

2)稱量10ml乙二醇溶液，與步驟1)所得溶液混合，磁力攪拌60min；

3)將反應(yīng)釜擰緊，置于馬弗爐中加熱180℃保溫16h；

4)將步驟3)所得溶液的沉淀物分別用去離子水以及無水乙醇清洗3次，最終得到的沉淀物置于馬弗爐加熱至70℃保溫6h烘干，即可得最終產(chǎn)物。其納米片的tem圖如圖3(b)，可以看出：產(chǎn)物呈納米片狀，厚度約為20nm，橫向尺寸約為50nm。

實(shí)施例3

1)分別稱取鈦酸四正丁酯10g和氫氟酸4.5ml置于反應(yīng)釜中；

2)稱量20ml乙二醇溶液，與步驟1)所得溶液混合，磁力攪拌60min；

3)將反應(yīng)釜擰緊，置于馬弗爐中加熱180℃保溫16h；

4)將步驟3)所得溶液的沉淀物分別用去離子水以及無水乙醇清洗3次，最終得到的沉淀物置于馬弗爐加熱至70℃保溫6h烘干，即可得最終產(chǎn)物。其納米片的sem圖如圖4，可以看出：產(chǎn)物已難以維持片狀形貌。

研究表明，乙二醇的用量對(duì)最終產(chǎn)物的形貌及性能起到至關(guān)重要的作用，以上述實(shí)施例為例，其余條件不變，當(dāng)乙二醇的用量低于5ml或高于20ml時(shí)，獲得的tio2將難以維持規(guī)則矩形片狀，其(001)面暴露率也相應(yīng)急劇減小。其原因可能為乙二醇與f^-之間存在協(xié)同作用，乙二醇分子在(001)面上與f^-之間的結(jié)合使得光催化過程中氧化還原的位點(diǎn)增加，并且增強(qiáng)了(001)面的穩(wěn)定性，故(001)面暴露率增大，從而提高了光催化產(chǎn)氫反應(yīng)效率。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種二維TiO2超薄納米片及其制備方法。該方法是以鈦酸四正丁酯以及氫氟酸作為主要原料，乙二醇作為修飾劑，通過調(diào)配各項(xiàng)原料物質(zhì)的量，并采用高溫高壓下的水熱法實(shí)現(xiàn)對(duì)超薄TiO2納米片的合成。此種制備方法獲得的TiO2納米片分散性好，可實(shí)現(xiàn)片厚度約為2nm?20nm的調(diào)控，橫向尺寸約為200nm，且具有優(yōu)良的光催化產(chǎn)氫性能，在眾多領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：任召輝;陳穎;阮羅淵;李銘;韓高榮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.18
技術(shù)公布日：2017.10.24