黑色TiO2制備方法

1、常壓高溫氫化法在常壓下，在高純氫氣的持續(xù)氣氛下，將介孔二氧化鈦置于管式爐中焙燒 500-800C，保溫2-6h，然后在氮氣保護氣氛下降至室溫，Zhou52等人采取以 上策略合成高熱穩(wěn)定性有序介孔TiO2材料，成功的優(yōu)化了帶隙，大大的增強了 光催化產(chǎn)氫性能。高壓氫化法將樣品置于充滿高純氫氣的高壓反應(yīng)釜中，在20bar高壓氫氣密閉環(huán)境條件 下，焙燒溫度保持在500C，保溫1h，或使用含量為不同比例Ar/H2氣體作為氣 氛，重復(fù)以上條件。Schmuki團隊發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高壓氫氣處理的TiO2納米管較常壓 下氫化處理的TiO2納米管，可以激發(fā)出更多的活性中心，致使光催化產(chǎn)氫性能 提高6倍之多。Li課題組使用

2、高壓氫氣處理的TiO2納米線陣列應(yīng)用于光電化學(xué) 裂解水，其光電轉(zhuǎn)換效率可以達到1.63%，載流子濃度得到顯著提高，光催化裂 解水性能得到顯著增強。陽極氧化法陽極氧化是工業(yè)上常用的化學(xué)工藝，將金屬浸漬在電解液中進行電化學(xué)氧化。 Dong課題組使用兩步陽極氧化的方法合成黑TiO2納米管，而且制備工藝單，只 需將0.2 mm厚純度為99.96%鈦片浸在0.25 wt%氟化銨和2 vol%水的乙二醇溶液 中，外加電壓60 V保持10 h，在可見光照射下4h對污染物Rhb的光降解能力 達到84%以上，是因為陽極氧化帶來了大量的氧缺陷，導(dǎo)致在可見光的輻照下光 催化性能顯著的提升。Priya等人用陽極氧化和

3、溶劑熱相結(jié)合的處理方法成功合 成黑TiO2納米管，由于窄的禁帶寬度，高的載流子濃度，活性界面的擴大，這 種異質(zhì)TiO2納米結(jié)構(gòu)在全光和可見光下展現(xiàn)很好的光催化性能。Dong研究，通過在含有質(zhì)量分數(shù)為0.25%的NH4F和體積分數(shù)2%蒸餾水的 乙二醇中在60V的Ti箔（0.2mm厚，99.96%）上進行兩步陽極氧化（方案1）， 陽極氧化10小時后，在Ti襯底上獲得管狀結(jié)構(gòu)的氧化物層。陽極氧化鈦箔在乙 醇和蒸餾水中漂洗，并在150C下干燥以完全除去有機物質(zhì)。清洗的樣品在環(huán)境 氣氛中在450C下燒結(jié)1小時。除去頂部氧化層之后，在襯底上暴露出黑色TiO 2 的內(nèi)層。Priya等，陽極氧化鈦納米管陣列通

4、過在其他地方詳細描述的兩步陽極氧化 方法制造。簡言之，納米管TiO2的第一層通過在含有0.3重量NH 4 F和2體 積去離子水的乙二醇電解質(zhì)中在60V下陽極氧化90分鐘來合成。隨后通過在 去離子水中超聲處理10分鐘來除去第一納米管層。最后，在與第一層相同的條 件下通過第二步陽極氧化生長陽極氧化的TiO2納米管陣列30分鐘。在陽極氧化 之后，通過在含有 13.5mL 溶液（DI water, HCl withPH=3, or NH 4OH with pH=11） 的45mL特氟隆襯里高壓釜中在120C下水熱處理20-60分鐘來產(chǎn)生分級的TiO2 納米結(jié)構(gòu)（H-TiO2）。在第二步加工過程中，將水

5、熱處理過的試樣在真空條件下 密封在石英管中，在450C下加熱2h，然后冷卻，降溫速度為2C/分鐘，這里描 述為“vacuum-H-TiO2”。一些水熱處理的TiO2納米結(jié)構(gòu)也在450C的空氣中煅燒 2小時。為了進行比較分析，一些陽極氧化的TiO2納米管在空氣中450C煅燒2 小時，在本研究中被描述為“空氣-TiO2”。鋁熱還原法鋁熱還原法過程如下：其優(yōu)點是利用高低溫室相結(jié)合的方法，鋁在高溫區(qū)融 化，Ti4+在低溫區(qū)被還原，這種可控還原是建立在熱力學(xué)和動力學(xué)的基礎(chǔ)，從工 藝的角度來分析，爐子可以進行獨立操作，熱力學(xué)上鋁熱還原反應(yīng)可以驅(qū)動Ti 的還原，圖中直線代表不同溫度的吉姆斯自由能，表明相對穩(wěn)

6、定氧化物。所以金 屬鋁可以可以在低溫下還原二氧化鈦而H2則不能，研究表明在鋁融化的焙燒溫 度800C時，可以有效減少系統(tǒng)中氧的分壓，使TiO2更容易被還原。鋁熱還原方 法的優(yōu)點是裝置簡單，原料價廉，且在低溫下操作便可有效還原TiO2，安全環(huán) 保且產(chǎn)量較大。簡言之，將P25粉末（0.5g）分別放入雙區(qū)抽真空爐中（見圖S2af），并在 500C下處理6小時，其中將鋁粉置于800C的區(qū)域中。爐內(nèi)的壓力是0.5Pa。摻雜H的黑色二氧化鈦（TiO2-H）：在等離子體加熱爐中，氫氣在500C下 氫等離子體處理4h，如圖S2b所示。等離子體輸入功率為200W。硼氫化鈉還原是利用其固有的強還原能力對前驅(qū)體進行

7、還原的方法，Sun和 其團隊利用商用P25和硼氫化鈉固相混合研磨法，通過調(diào)控反應(yīng)的時間和溫度， 可以大量合成不同顏色的TiO2粒子，這種簡單通用的方法可以用于大規(guī)模生產(chǎn) 的彩色TiO2粒子，并能顯著提高TiO2對可見光的吸收和利用太陽能生產(chǎn)氫氣的 能力。Sun指出，在室溫下，將4.0g TiO2納米顆粒粉末（P25，銳鈦礦和金紅石） 與1.5g NaBH4混合，并將該混合物徹底研磨30分鐘。然后將混合物轉(zhuǎn)移到瓷舟 中，放入管式爐中，在Ar氣氛下以10。分鐘的升溫速度從室溫加熱到300-400C， 然后保持在指定溫度5-60分鐘。自然冷卻至室溫后，得到有色的TiO2，簡單地 用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次，除去未反應(yīng)的NaBH4，并在70C下干燥。通過控 制反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度，可以制備一系列不同顏色的淺藍色至黑色的二氧化鈦。 當(dāng)反應(yīng)溫度升高到350C時，可在60分鐘內(nèi)得到黑色的二氧化鈦。溶劑熱法溶劑熱是把前驅(qū)體溶解在非水溶劑中，轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中置于電烘箱中加 熱的一種常規(guī)的低溫合成方法，Ji59課題組通過將活潑金屬鎂分散在異丙醇溶 液中，緩慢滴入TiCl3溶液，置于高壓反應(yīng)釜中180C保溫6 h，成功的合成了自 摻雜金紅石相TiO2黑納米棒應(yīng)用于鋰離子電池，表現(xiàn)出優(yōu)異的容量和高效的長 期循環(huán)穩(wěn)定性。微波組裝自摻雜法微波組裝法是將