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日本开发高光催化剂活性氧化钛合成技术

时间:2022年01月22日

日本开发高光催化剂活性氧化钛合成技术

日本东北大学多元物质科技研究所教授垣花真人等人开发出了利用天然有机酸-钛络合物通过热解,有选择地合成多形氧化钛(TiO2)的技术。使用该技术,可轻松地合成光催化剂活性很强的多形氧化钛。

一般来说,作为天然矿物,氧化钛的存在方式分为锐钛矿、金红石和板钛矿3种结晶结构(多形)okmart.com。作为具有TiO2这种化学组成的多形,包括人工合成的TiO2(B)等共有多种。其中,具有锐钛矿型和金红石型结晶结构的氧化钛相对容易进行合成。而光催化剂活性更高的板钛矿型和TiO2(B)型结晶结构的氧化钛则难以进行合成。

在此次的研究中,首先开发出了对不易溶于水的钛进行水溶处理的技术。通过形成可利用对人体无害的天然有机酸(水果酸)羟基羧酸的新方法,在从酸性到碱性的比较宽的酸碱性范围内成功地对化学特性稳定的天然有机酸-钛络合物水溶液进行了调整。具体来说,就是使用甘蔗、柠檬和葡萄成分的羟基乙酸、柠檬酸、苹果酸和酒石酸等作为钛增溶剂,使用水作为溶剂。从安全性方面来讲比较环保。而过去的钛原料则具备易燃性与腐蚀性,而且与水接触后还会产生不溶性沉淀物,以及在操作安全性和可保存性方面存在的一些问题,而采用天然有机酸钛络合物则能够解决上述问题。

利用水热法(在密闭容器中将以水为溶剂的反应溶液加热到100℃以上,使之在高温高热状态下的水中发生反应的方法),对这种天然有机酸-钛络合物水溶液进行处理,就能生成氧化钛纳米微粒。此时,只要选择天然有机酸的种类和溶液的pH值,就能有选择地生成氧化钛多形。另外,还能通过添加界面活性剂、氨基酸和羧酸,控制其形态。

利用这种方法得到的板钛矿型/TiO2(B)型氧化钛纳米微粒, 在利用一氧化氮进行光分解时表现出了比现有氧化钛更高的光催化剂活性。

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