黑色TiO2制备方法

1、常压高温氢化法在常压下，在高纯氢气的持续气氛下，将介孔二氧化钛置于管式炉中焙烧 500-800C，保温2-6h，然后在氮气保护气氛下降至室温，Zhou52等人采取以 上策略合成高热稳定性有序介孔TiO2材料，成功的优化了带隙，大大的增强了 光催化产氢性能。高压氢化法将样品置于充满高纯氢气的高压反应釜中，在20bar高压氢气密闭环境条件 下，焙烧温度保持在500C，保温1h，或使用含量为不同比例Ar/H2气体作为气 氛，重复以上条件。Schmuki团队发现经过高压氢气处理的TiO2纳米管较常压 下氢化处理的TiO2纳米管，可以激发出更多的活性中心，致使光催化产氢性能 提高6倍之多。Li课题组使用

2、高压氢气处理的TiO2纳米线阵列应用于光电化学 裂解水，其光电转换效率可以达到1.63%，载流子浓度得到显著提高，光催化裂 解水性能得到显著增强。阳极氧化法阳极氧化是工业上常用的化学工艺，将金属浸渍在电解液中进行电化学氧化。 Dong课题组使用两步阳极氧化的方法合成黑TiO2纳米管，而且制备工艺单，只 需将0.2 mm厚纯度为99.96%钛片浸在0.25 wt%氟化铵和2 vol%水的乙二醇溶液 中，外加电压60 V保持10 h，在可见光照射下4h对污染物Rhb的光降解能力 达到84%以上，是因为阳极氧化带来了大量的氧缺陷，导致在可见光的辐照下光 催化性能显著的提升。Priya等人用阳极氧化和

3、溶剂热相结合的处理方法成功合 成黑TiO2纳米管，由于窄的禁带宽度，高的载流子浓度，活性界面的扩大，这 种异质TiO2纳米结构在全光和可见光下展现很好的光催化性能。Dong研究，通过在含有质量分数为0.25%的NH4F和体积分数2%蒸馏水的 乙二醇中在60V的Ti箔（0.2mm厚，99.96%）上进行两步阳极氧化（方案1）， 阳极氧化10小时后，在Ti衬底上获得管状结构的氧化物层。阳极氧化钛箔在乙 醇和蒸馏水中漂洗，并在150C下干燥以完全除去有机物质。清洗的样品在环境 气氛中在450C下烧结1小时。除去顶部氧化层之后，在衬底上暴露出黑色TiO 2 的内层。Priya等，阳极氧化钛纳米管阵列通

4、过在其他地方详细描述的两步阳极氧化 方法制造。简言之，纳米管TiO2的第一层通过在含有0.3重量NH 4 F和2体 积去离子水的乙二醇电解质中在60V下阳极氧化90分钟来合成。随后通过在 去离子水中超声处理10分钟来除去第一纳米管层。最后，在与第一层相同的条 件下通过第二步阳极氧化生长阳极氧化的TiO2纳米管阵列30分钟。在阳极氧化 之后，通过在含有 13.5mL 溶液（DI water, HCl withPH=3, or NH 4OH with pH=11） 的45mL特氟隆衬里高压釜中在120C下水热处理20-60分钟来产生分级的TiO2 纳米结构（H-TiO2）。在第二步加工过程中，将水

5、热处理过的试样在真空条件下 密封在石英管中，在450C下加热2h，然后冷却，降温速度为2C/分钟，这里描 述为“vacuum-H-TiO2”。一些水热处理的TiO2纳米结构也在450C的空气中煅烧 2小时。为了进行比较分析，一些阳极氧化的TiO2纳米管在空气中450C煅烧2 小时，在本研究中被描述为“空气-TiO2”。铝热还原法铝热还原法过程如下：其优点是利用高低温室相结合的方法，铝在高温区融 化，Ti4+在低温区被还原，这种可控还原是建立在热力学和动力学的基础，从工 艺的角度来分析，炉子可以进行独立操作，热力学上铝热还原反应可以驱动Ti 的还原，图中直线代表不同温度的吉姆斯自由能，表明相对稳

6、定氧化物。所以金 属铝可以可以在低温下还原二氧化钛而H2则不能，研究表明在铝融化的焙烧温 度800C时，可以有效减少系统中氧的分压，使TiO2更容易被还原。铝热还原方 法的优点是装置简单，原料价廉，且在低温下操作便可有效还原TiO2，安全环 保且产量较大。简言之，将P25粉末（0.5g）分别放入双区抽真空炉中（见图S2af），并在 500C下处理6小时，其中将铝粉置于800C的区域中。炉内的压力是0.5Pa。掺杂H的黑色二氧化钛（TiO2-H）：在等离子体加热炉中，氢气在500C下 氢等离子体处理4h，如图S2b所示。等离子体输入功率为200W。硼氢化钠还原是利用其固有的强还原能力对前驱体进行

7、还原的方法，Sun和 其团队利用商用P25和硼氢化钠固相混合研磨法，通过调控反应的时间和温度， 可以大量合成不同颜色的TiO2粒子，这种简单通用的方法可以用于大规模生产 的彩色TiO2粒子，并能显著提高TiO2对可见光的吸收和利用太阳能生产氢气的 能力。Sun指出，在室温下，将4.0g TiO2纳米颗粒粉末（P25，锐钛矿和金红石） 与1.5g NaBH4混合，并将该混合物彻底研磨30分钟。然后将混合物转移到瓷舟 中，放入管式炉中，在Ar气氛下以10。分钟的升温速度从室温加热到300-400C， 然后保持在指定温度5-60分钟。自然冷却至室温后，得到有色的TiO2，简单地 用去离子水和乙醇洗涤数次，除去未反应的NaBH4，并在70C下干燥。通过控 制反应时间和反应温度，可以制备一系列不同颜色的浅蓝色至黑色的二氧化钛。 当反应温度升高到350C时，可在60分钟内得到黑色的二氧化钛。溶剂热法溶剂热是把前驱体溶解在非水溶剂中，转移至高压反应釜中置于电烘箱中加 热的一种常规的低温合成方法，Ji59课题组通过将活泼金属镁分散在异丙醇溶 液中，缓慢滴入TiCl3溶液，置于高压反应釜中180C保温6 h，成功的合成了自 掺杂金红石相TiO2黑纳米棒应用于锂离子电池，表现出优异的容量和高效的长 期循环稳定性。微波组装自掺杂法微波组装法是将