[00113767]一种含有束缚单电子氧空位且暴露{001}面锐钛矿二氧化钛纳米晶的制备方法

锐钛矿二氧化钛在光催化反应、太阳能电池转化、环境污染治理和传感器等方面具有广泛应用,受到越来越多的关注。锐钛矿二氧化钛的形貌、尺寸、比表面积和晶面暴露决定着其光催化性质和光伏性能。理论和实验已经表明锐钛矿{001}晶面比传统热力学稳定的{101}晶面有更高的催化活性。由于表面自由能越高的晶面,在晶体生长过程中越难形成,因此如何制备具有高活性{001}晶面的锐钛矿相二氧化钛一直是光催化领域追求的目标。2008年,Yang等首次采用HF作为封盖剂,以TiF4为钛源,在水热反应的条件下制备了具有{001}晶面百分数达到47%的二氧化钛微晶。自此之后,有越来越多的研究者致力于{001}面二氧化钛结构及其应用上的研究。采用不同的钛源和加以改进的反应体系可以制备的不同尺寸的具有{001}晶面锐钛矿二氧化钛。例如,Yang等人在前面的研究基础上,加入了2-丙醇作为增效剂和反应媒介,与HF协同作用,制备了{001}晶面百分数达到64%的高性能的二氧化钛。Han等人用HF作为溶剂合成锐钛矿二氧化钛纳米片具有89%的{001}面。Dinh等人对普通的水热法加以改进,采用钛酸丁酯为钛源,以油胺和油酸为表面封盖剂,水和乙醇的混合物为反应溶剂,制备出平均粒径大概在13nm左右的{001}面锐钛矿二氧化钛。Liu等人以硫酸钛为钛源采用简单的一步法合成了具有18% {001}面的锐钛矿纳米二样化钛单晶。 对于异质反应,较小的晶粒尺寸拥有更多的活性位点,有利于反应物跟二氧化钛纳米晶的充分接触,最终增强材料的光催化活性,目前暴露{001}晶面锐钛矿相二氧化钛的制备方法中,大多直接以氟化钛,硫酸钛,氯化钛,钛酸四丁酯和钛粉为前驱体,大部分所得产物的晶粒尺寸在微米级和数百纳米级左右,尽管有粒径在十几纳米的,但是产率很低。原因在于前驱体在含水的溶剂热体系反应活性较高,如果直接参与反应,则产物的晶体生长过程较难控制,所得产物颗粒尺寸往往较大,反应位点较少,光催化活性较低。因此,寻找新型前驱体来制备高产率的更小纳米级暴露{001}晶面锐钛矿二氧化钛,已成为该领域研究的重要手段和突破点。另外,由于普通二氧化钛只能被紫外光激发,而紫外光仅占太阳光的5%,为了更多的利用太阳能中的可见光,制备具有可见光响应的二氧化钛则是目前光催化领域的又一研究热点。当前,为了拓展二氧化钛的光吸收范围,一般采用阴离子（或阳离子）掺杂、与窄禁带半导体复合、染料敏化等方法。这些方法虽然对拓展二氧化钛的吸收起到了一定的效果,但是还存在着稳定性差、需要外来半导体的特点。本发明中纳米管钛酸水热脱水生成二氧化钛的同时,可生成大量含有束缚单电子氧空位,该氧空位在二氧化钛的禁带当中形成子能带可作为可见光激发的跳板,使该二氧化钛能被可见光激发。 发明内容 本发明是为了解决现有方法制备的{001}面暴露二氧化钛纳米颗粒尺寸大、暴露率低、产率低的技术问题,提供了一种以纳米管（或纳米带）钛酸为前驱体制备含有束缚单电子氧空位其暴露{001}面锐钛矿二氧化钛纳米晶的新方法。