一种八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构及其制备和应用

摘要

本发明公开了一种八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构及其制备和应用，采用简单的溶剂热法合成纯度在90%以上的由10-13nm纳米晶组成的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构，其整体粒径为40-60nm。用此八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构作为光电化学电池光阳极材料，结果表明在相同的测试条件下，其最大光电流和光电转换效率均为商业化的P25（Degussa公司）的3倍以上。该方法操作简便、成本低、纯度高，可以大量合成。

权利要求

1.一种八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构的制备方法，其特征在于：将0.5-1.5克二氧化钛粉末和40-50毫升浓度为10-20摩尔/升的氢氧化钾溶液混合，160-200℃反应

24-80 h，反应物经0.2摩尔/升稀醋酸洗涤后，取0.1-0.5克分散于20-60 mL95wt.%的醋酸溶液中，装入不锈钢反应釜中170-200℃反应2-4天，再经离心、干燥后得到纯度在90%以上的由10-13 nm纳米晶组成的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构，其整体粒径为40-60 nm。

说明书

一种八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构及其制备和应用

技术领域

[0001] 本发明属于光电化学电池光阳极材料制备领域，具体涉及一种八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构及其制备和应用。

背景技术

[0002] 研究和开发氢能己成为世界各国政府可持续发展能源的战略决策。太阳能光电化学(PEC)电池制氢是一种有效的制氢技术，且近年来备受关注。半导体光阳极材料是PEC电池的核心技术，是决定其光电性能的关键。研究表明，TiO2由于具有优良的抗光腐蚀特性、廉价、无毒等优点而成为最有前途的PEC电池光阳极材料之一。然而，当前普遍采用的TiO2纳米粒子，如P25，其光电制氢效率仍然较低，因而开发具有较高光电转化效率的新型纳米结构TiO2光阳极材料具有十分重要的意义。目前还未有八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构的制备及其作为光电化学电池光阳极材料的相关专利报道。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构及其制备和应用，该方法操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0005] 采用简单的溶剂热法合成纯度在90%以上的由10-13 nm纳米晶组成的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构，其整体粒径为40-60 nm。

[0006] 将0.5-1.5克二氧化钛粉末和40-50毫升浓度为10-20摩尔/升的氢氧化钾溶液混合，160-200℃反应24-80 h，反应物经0.2摩尔/升稀醋酸洗涤后，取0.1-0.5克分散于20-60 mL95wt.%的醋酸溶液中，装入不锈钢反应釜中170-200℃反应2-4天，再经离心、干燥后得到所述的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构。

[0007] 所述的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构用于制备光电化学电池光阳极材料。

[0008] 本发明的显著优点在于：本发明首次提供了一种高纯度八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构的制备方法，其操作简便、成本低、纯度高、性能优异，可以大量合成。用此八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构作为PEC电池光阳极材料，结果表明在相同的测试条件下，其最大光电流和光电转换效率均为商业化的P25（Degussa公司）的3倍以上。

附图说明

[0009] 图1是八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构的透射电镜图。

[0010] 图2是八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构的光电性能。

具体实施方式

[0011] 本发明在采用简单的溶剂热法，首次合成出高纯度(90%以上)由细小纳米晶(10-13 nm)组成的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构，其整体粒径为40-60 nm；从图1（右上插图）单个粒子的总体电子衍射图（单晶状衍射图）可看出纳米晶组成基元排列是高度有序的。用此八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构作为PEC电池光阳极材料，结果表明在相同的测试条件下，其最大光电流和光电转换效率均为商业化的P25（Degussa公司）的3倍以上。八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构的制备：0.5-1.5克二氧化钛粉末和40-50毫升浓度为10-20摩尔/升氢氧化钾溶液混合，在160-200℃反应24-80 h，反应物再经0.2摩尔/升稀醋酸；洗涤后，取0.1-0.5克分散于20-60 mL醋酸溶液中（95%以上），装入不锈钢反应釜中170-200℃反应2-4天，再经离心干燥后得到最终产品。光电化学(PEC)电池测试：光电化学性能测试均在带石英窗口的三电极体系中进行，工作电极为沉积有八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构的玻碳电极，辅助电极为贵金属Pt，饱和Ag/AgCl电极作为参比电极；
电解质为0.2-1摩尔/升的硫酸钠溶液，光源为300 W的氙灯。

[0012] 实施例1

[0013] 将0.5克二氧化钛粉末和40毫升浓度为10摩尔/升的氢氧化钾溶液混合，160℃反应24h，反应物经0.2摩尔/升稀醋酸洗涤后，取0.1克分散于20mL95wt.%的醋酸溶液中，装入不锈钢反应釜中170℃反应2天，再经离心、干燥后得到所述的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构。

[0014] 实施例2

[0015] 将1.5克二氧化钛粉末和50毫升浓度为20摩尔/升的氢氧化钾溶液混合，200℃反应80 h，反应物经0.2摩尔/升稀醋酸洗涤后，取0.5克分散于60 mL95wt.%的醋酸溶液中，装入不锈钢反应釜中200℃反应4天，再经离心、干燥后得到所述的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构。

[0016] 实施例3

[0017] 将1.0克二氧化钛粉末和45毫升浓度为15摩尔/升的氢氧化钾溶液混合，180℃反应50 h，反应物经0.2摩尔/升稀醋酸洗涤后，取0.3克分散于40mL95wt.%的醋酸溶液中，装入不锈钢反应釜中185℃反应3天，再经离心、干燥后得到所述的八面体状锐钛矿TiO2有序超级结构。

[0018] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。