技术摘要：
本发明涉及一种黑色二氧化钛的制备方法，属于无机材料技术领域。黑色二氧化钛的制备方法包括：A.将钛白粉、铝粉混合均匀，得到混合原料；B.将所述混合原料的表面用熔化温度660℃以上的金属片覆盖，并在金属片上覆盖熔化的液体三氧化二硼；C.再在450℃～650℃焙烧50min 全部
背景技术：
TiO2作为重要的一类光催化剂广泛用于制氢、去除环境污染物、及制备光化学传 感器等领域。TiO2具有锐钛矿、板钛矿、金红石、单斜晶四种常见的晶相，其中金红石和锐钛 矿相光催化活性较好，受到了更广泛地研究。而TiO2的禁带宽度3.2eV左右，禁带宽度较宽 使其只能吸收紫外光，而紫外光只占自然光4～6％。 目前，各国科学家为了提升TiO2的光吸收性能进行了大量的研究，目前研究较多 的进行掺杂。如常规金属掺杂(Fe、Co、Cr、Ni、Mo等)、贵金属掺杂(如Au、Ag、Pt等)、非金属元 素(如N、C、F、S)、共掺杂金属和非金属元素(如Mo C、Fe N、Mo S、Co N/S)。此外，晶相、形貌、 结构、孔隙率等也是影响光催化活性的重要因素。 自2011年陈小波教授采用氢化的方法发现黑色二氧化钛(TiO2)以来，由于其可以 增强可见光吸收和减少光生电荷载流子的复合而克服了原始TiO2的局限性的能力，黑色二 氧化钛(TiO2)一直是研究最深入的光催化剂之一。黑色TiO2样品实际上显示出较低的光活 性。所有这些都导致了一些与角色扮演有关的观念冲突。 目前已经开发出了制备黑色TiO2的较多的工艺路线，陈小波等在2011年将纳米二 氧化钛进行氢化合成了表面无序结构的黑色二氧化钛，显示的带隙低值(1.54eV)，可以吸 收可见光甚至近红外区域。从那时起，黑色TiO2成为一种活性研究领域涉及许多应用，包括 光催化污染物降解，通过水分解制氢，光催化还原二氧化碳，染料敏化，太阳能电池，锂电池 及其他光电化学应用取得了巨大的成功。 除了氢还原外，还有化学还原法，包括Al还原法、Mg还原法、NaBH4还原、NaH还原等 工艺。其中wang等人在抽真空的双区真空炉中，利用融化的铝制备了黑色纳米粒子TiO2。但 该工艺需要在真空条件0.5Pa、温度800℃条件下处理6h。以上方法都需要在真空条件下，长 时间制备、条件非常苛刻，制备成本较高，难以大规模的制备。 申请号为2017101203100的专利申请公开了一种Magnéli相低价钛氧化物材料的 制备方法。其将钛白粉、铝粉和无水乙醇按质量体积比0.4～0.8g:1g：0.5～0.8mL混匀，然 后把混匀的原料装入坩埚压实。将低熔点的硼氧化物熔化，把其覆盖到原料表面，低熔点的 硼氧化物起到隔离空气的作用。然而其制备温度较高、原料的损失大、B2O3的回收利用困难。 并且制备得到的是Magnéli相低价钛氧化物，黑色TiO2材料与Magnéli相低价钛氧化物是两 种截然不同的材料，应用领域也不同。黑色TiO2材料与白色的锐钛型TiO2具有相同的晶体结 构，而通过本发明的工艺设计，白色TiO2表面形成了氧空位和一层无序的结构，从而颜色变 成了黑色，故称为黑色TiO2。而Magnéli相低价钛氧化物与白色的锐钛型TiO2具有完全不同 的晶体结构，他的分子式为TinO2n-1(4
本发明要解决的第一个问题是提供一种黑色二氧化钛的制备方法。 为解决本发明的第一个技术问题，所述黑色二氧化钛的制备方法，其特征在于，所 述方法包括： A.将钛白粉、铝粉混合均匀，得到混合原料； B.将所述混合原料的表面用熔化温度660℃以上的金属片覆盖，并在熔化温度660 ℃以上的金属片上面覆盖熔化的液体三氧化二硼； C.再在450℃～650℃焙烧50min～180min得到，黑色的TiO2； D.将C步骤的黑色的TiO2酸洗，得到纯净的黑色的TiO2。 优选的，所述铝粉：钛白粉的重量比为0.2～0.6。 优选的，所述铝粉：钛白粉的重量比为0.2～0.4。 优选的，所述钛白粉为锐钛矿、板钛矿或金红石三种晶型中的至少一种。 优选的，所述三氧化二硼厚度1～2cm。 优选的，D步骤所述酸洗采用盐酸、硫酸或硝酸中的至少一种。 优选的，所述酸为盐酸。 优选的，所述盐酸的浓度为2mol/L～4mol/L。 优选的，所述钛白粉的粒径为：50～300nm。 优选的，所述铝粉的粒径为：200～600nm。 优选的，所述金属片的材料为铝、铜、铁、镍、锰、铬、钴中的至少一种。 有益效果： 1 .本发明在较低温度下实现了常压条件下制备，制备成本较低，为大规模制备黑 色TiO2提供一条可行的工艺路线。 2.本发明原料损失少。 3.本发明不需要乙醇，成本低。 4.本发明制备的黑色TiO2表面有部分氧空位和一层无序结构，具有良好的可见光 和近红外光吸收性能。 5.本发明控制焙烧温度和时间仅让TiO2表面产生氧空穴和无序结构，而且要防止 TiO2过还原形成Magneili相亚氧化钛，对温度和时间的控制都非常严格，焙烧温度和时间 必须协同控制，才能得到理想的结果。 附图说明 图1的a为本发明制备的黑色TiO2的X射线衍射图和宏观图，b为拉曼光谱图； 图2本发明制备的黑色二氧化钛紫外-可见吸收光谱； 图3本发明制备的黑色二氧化钛TEM分析；图中的A-TiO2表示Anatase TiO2原料，即 锐钛矿相TiO2； 图4本发明制备的黑色二氧化钛SEM和EDS分析。
