中性水溶胶的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学领域，涉及一种制备可见光响应的二维网络状交联结构T12中性水溶胶的方法。
【背景技术】
[0002]纳米晶1102在光催化分解有机物和自清洁领域中已受到了人们的极大关注。然而，由于打02的禁带宽度较大，约为3.2eV，仅能吸收太阳光中的紫外光，极大地限制了其进一步应用，因此，对T i O2进行改性处理以使其吸收可见光尤为必要。掺杂氮元素到T i O 2晶体内部可以使其吸收可见光，目前已有大量关于制备氮掺杂打02及光催化应用的报道。传统的掺杂氮元素到T12的方法有氨气煅烧法、水热辅助合成及一步化学气相沉积法合成等，但所制备的氮杂打02绝大部分为粉体材料，限制了其实际应用效果。
[0003]二维结构纳米材料同其它纳米材料相比，由于其具有无限扩展的平面结构，显示了独特的光学，热学和电学性能，因而在光电子学和机械性能方面显示了潜在的应用价值。尤其是随着2004年石墨烯结构的出现更是引发了研究的热潮。目前，人们采用H2O2或者HNO3辅助回流方法获得了 T12纳米颗粒状水溶胶，但是关于二维结构的Ti02水溶胶的制备还未见报道。
【发明内容】
[0004]本发明目的是针对上述不足之处，利用水热法一步合成了氮掺杂的1102水溶胶，所合成的T12水溶胶呈二维膜网络状结构，将其涂覆于水泥基材料表面时，其在可见光下显示了良好的光催化自清洁能力。
[0005]本发明采用的技术方案是:
一种制备可见光响应的二维网络状交联结构T12中性水溶胶的方法，步骤如下:
(1)将质量浓度为2-10wt%的NH3H2O溶液加入到质量浓度为2-6 wt%的钛盐水溶液中，将PH调节至7并保持0.5-3h，获得白色沉淀物；
(2)将白色沉淀物过滤并且洗涤，直到检测不到相应的杂质阴离子为止，获得中性白色沉淀物；
(3)将中性白色沉淀物与蒸馏水按(0.03-0.06):1的比例混合，超声分散并加热到30-60°C ;同时加入与中性白色沉淀物质量百分比为1:(10-40)的H2O2溶液，获得透明的桔黄色的过氧钛酸溶液(PTA)；
(4)将一定量的三聚氰胺作为氮源加入到步骤(3)合成的过氧钛酸(PTA)溶胶中获得悬浮液，氮元素的掺杂浓度控制为(1-10) at% ；
(5)该悬浮液搅拌10-60min后，将其转移到水热反应釜中并水热反应(4-12 )h。待反应结束后可获得黄色的氮掺杂TiCVK溶胶。
[0006]本发明中所述钛盐包括硫酸钛，硫酸氧钛，四氯化钛中的一种。
[0007]
【附图说明】
[0008]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0009]附图1为未掺杂和氮掺杂T12溶胶的XRD图附图2为未掺杂和氮掺杂T12溶胶UV-Vis图
附图3为所合成未掺杂(a)和氮杂(b) T12溶胶的TEM照片附图4为氮杂1102的HRTEM照片
附图5为未涂敷(左)和涂敷(右)T12溶胶的水泥基样块分别在O min (a),15 min(b), 30 min (c)和60 min (d)下可见光降解罗丹明B示意图【具体实施方式】:
以下通过实例进一步对本发明进行描述。
[0010]实施案例I
(1)将质量浓度为2wt%的NH3H2O溶液加入到质量浓度为2wt%的硫酸钛水溶液中，将PH调节至7并保持0.5h，获得白色沉淀物；
(2)将白色沉淀物过滤并且洗涤，直到检测不到相应的杂质阴离子为止，获得中性白色沉淀物；
(3)将中性白色沉淀物与蒸馏水按0.03:1比例混合，超声分散并加热到30°C ;同时加入与中性白色沉淀物质量百分比为1: 10的H2O2溶液，获得透明的桔黄色的过氧钛酸溶液(PTA)；
(4)将一定量的三聚氰胺作为氮源加入到步骤(3)合成的过氧钛酸(PTA)溶胶中获得悬浮液，氮元素的掺杂浓度控制为lat% ；
(5)该悬浮液搅拌1min后，将其转移到水热反应釜中并水热反应4h。待反应结束后可获得黄色的氮掺杂TiCVK溶胶。
[0011]实施案例2
(1)将质量浓度为10Wt %的NH3H2O溶液加入到质量浓度为6 wt%的硫酸氧钛水溶液中，将PH调节至7并保持3h，获得白色沉淀物；
(2)将白色沉淀物过滤并且洗涤，直到检测不到相应的杂质阴离子为止，获得中性白色沉淀物；
(3)将中性白色沉淀物与蒸馏水按0.06:1比例混合，超声分散并加热到30-60°C ;同时加入与中性白色沉淀物质量百分比为1: 40的H2O2溶液，获得透明的桔黄色的过氧钛酸溶液(PTA)；
(4)将一定量的三聚氰胺作为氮源加入到步骤(3)合成的过氧钛酸(PTA)溶胶中获得悬浮液，氮元素的掺杂浓度控制为10 at% ；
(5)该悬浮液搅拌60min后，将其转移到水热反应釜中并水热反应12h。待反应结束后可获得黄色的氮掺杂TiCVK溶胶。
[0012]实施案例3
(I)将质量浓度为5wt%的NH3H2O溶液加入到质量浓度为3wt%的四氯化钛水溶液中，将PH调节至7并保持2h，获得白色沉淀物； (2)将白色沉淀物过滤并且洗涤，直到检测不到相应的杂质阴离子为止，获得中性白色沉淀物；
(3)将中性白色沉淀物与蒸馏水按0.04:1的比例混合，超声分散并加热到40°C ;同时加入与中性白色沉淀物质量百分比为1:20的H2O2溶液，获得透明的桔黄色的过氧钛酸溶液(PTA)；
(4)将一定量的三聚氰胺作为氮源加入到步骤(3)合成的过氧钛酸(PTA)溶胶中获得悬浮液，氮元素的掺杂浓度控制为5 at% ；
(5)该悬浮液搅拌30min后，将其转移到水热反应釜中并水热反应6h。待反应结束后可获得黄色的氮掺杂TiCVK溶胶。
[0013]所制备的氮掺杂T12溶胶为黄色，如图1所示。氮掺杂的T1 2溶胶和未掺杂的1102溶胶在室温下十分稳定，放置一个月后并没有明显的沉淀出现。
[0014]实施案例4
实施案例中的实验数据如下所示
为了对所制备的T12溶胶进行结构分析，将其在60 °C进行干燥并分别对样品进行XRD分析表征，表征结果如.2所示:所制备氮掺杂1102样品和未经过改性处理T1 2样品的XRD谱图。图中所有的峰可以归属于锐钛矿打02的衍射峰，没有其它杂质峰出现。在25.3,37.8和48.2处的衍射峰可分别归属于锐钛矿T12W (101)、(004)、(200)、(105)和(211)晶面。同未掺杂T12相比，氮杂T12的衍射峰强有所减弱，这可能是由于氮掺入T12晶格后的轻微晶格畸变所致。
[0015]样品的Uv-Vis吸收光谱如图3所示，从图中可以看出，氮杂1^02的紫外可见吸收光谱较未掺杂的打02相比显示了明显的红移，氮杂的T1 2的吸收边大约在600 nm，而未掺杂打02的吸收边大约在400 nm,吸收边朝低能量区域移动可以归因于氮杂T1 2样品中的N元素解离状态及铵离子和氧空位的本质缺陷态。所合成未掺杂和氮掺杂T12溶胶的形貌显示于图4，从图可以看出，所合成的1102呈二维薄膜交联扩散状，而且随着三聚氰胺加入量的增加，形貌并未有明显的改变，说明氮掺杂量对合成氮杂打02溶胶的形貌并没有明显的影响。对氮掺杂的打02溶胶进一步进行HRTEM分析，可以看出图5中所表示的晶面间距为0.34 nm，其对应于锐钛矿1102的(001)晶面。
[0016]为了进一步考察氮杂T12溶胶在GRC表面的自清洁活性，将其涂敷于GRC表面，并在屠夫有T12溶胶的GRC表面上滴加罗丹明B溶液。如图5所示，GRC板材左部为涂敷T12溶胶，可见光照射30 min后对罗丹明B没有明显的降解，而且照射I h后仍然有罗丹明B在GRC表面有所残留。然而，GRC右部涂敷有含氮的T12溶胶，可见光下照射30 min后罗丹明B溶液有明显的降解，且进一步冲刷十次后，仍然具有分解罗丹明B的能力，说明制备的氮杂Ti02涂层在GRC表面保持了较好的稳定性。
【主权项】
1.一种制备可见光响应的二维网络状交联结构T12中性水溶胶的方法，其特征在于，步骤如下: (1)将质量浓度为2-10Wt %的NH3H2O溶液加入到质量浓度为2-6 wt%的钛盐水溶液中，将PH调节至7并保持0.5-3h，获得白色沉淀物； (2)将白色沉淀物过滤并且洗涤，直到检测不到相应的杂质阴离子为止，获得中性白色沉淀物； (3)将中性白色沉淀物与蒸馏水按(0.03-0.06):1比例混合，超声分散并加热到30-60°C ;同时加入与中性白色沉淀物质量百分比为1:(10-40)的H2O2溶液，获得透明的桔黄色的过氧钛酸溶液(PTA)； (4)将一定量的三聚氰胺作为氮源加入到步骤(3)合成的过氧钛酸(PTA)溶胶中获得悬浮液，氮元素的掺杂浓度控制为(1-10) at% ； (5)该悬浮液搅拌10-60min后，将其转移到水热反应釜中并水热反应(4-12 )h ;待反应结束后可获得黄色的氮掺杂TiCVK溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种制备可见光响应的二维网络状交联结构T12中性水溶胶的方法，其特征在于所述的钛盐包括硫酸钛，硫酸氧钛，四氯化钛中的一种。
【专利摘要】本发明公开了一种制备可见光响应的二维网络状交联结构TiO2中性水溶胶的方法，利用水热法一步合成了氮掺杂的TiO2水溶胶，具体步骤包括：（1）将NH3?H2O溶液加入到钛盐水溶液中，将PH调节至7；（2）将获得的白色沉淀过滤并且洗涤，直到检测不到相应的杂质阴离子为止；（3）超声分散到蒸馏水中，之后将其加热到40oC并加入H2O2溶液。获得透明的桔黄色的过氧钛酸溶液（PTA）；（4）将一定量三聚氰胺作为氮源加入到过氧钛酸（PTA）溶胶中获得悬浮液。（5）悬浮液搅拌10-60min后，转移到水热反应釜中并水热反应（4-12）h，待反应结束后可获得黄色的氮掺杂TiO2水溶胶。所合成的TiO2水溶胶呈二维膜网络状结构，在可见光下显示了良好的光催化自清洁能力。
【IPC分类】C04B41-50, C01G23-053
【公开号】CN104591272
【申请号】CN201410813072
【发明人】熊吉如
【申请人】南京倍立达新材料系统工程股份有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月24日