[發明專利]二氧化鈦納米管的制備方法

無效

• 申請號: 200710031477.6
• 申請日: 2007-11-20
• 公開（公告）號: CN101182033A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 李新軍;張玉媛;張開堅;鄭少健;何明興;馮滿枝;黃琮
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所;攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06;B82B3/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司
• 代理人: 莫瑤江

技術領域

本發明涉及光催化和信息技術領域，具體地是涉及一種二氧化鈦納米管的制備方法。

背景技術

1996年，Hoyer?P采用多孔陽極氧化鋁膜模板法成功制得二氧化鈦納米管；1998年，Kasuga?T等人用簡單的水熱合成法成功制得粉末狀“二氧化鈦”納米管，從此拉開了“二氧化鈦”納米管研究的序幕。目前二氧化鈦納米管的制備方法以模板合成法和水熱合成法為主，電化學法、氧化還原法、原子沉積法等也有文獻報道。

通過模板法所得TiO₂納米管具有均勻分布、垂直于膜表面、相互平行的密集納米孔，且長度、孔徑和管壁厚可通過電化學手段加以控制。但是該法所制得TiO₂納米管的管徑較大(約200nm)、易形成纖維體，并受模板形貌的限制，而且制備過程及工藝復雜。

水熱合成法得到的“二氧化鈦”納米管管壁薄、管徑小、比表面積大，并且這種合成方法比較簡單。因此目前國際上的研究大都采用此類方法。但是這種化學處理法得到的納米管組成有很大差異，主要是由鈦酸或者鈦的其他氧化物組成，即使是在同一樣品中的不同納米管O/Ti也各不相同，故水熱合成法制得的“二氧化鈦”納米管實際上應該稱為鈦酸納米管。由于該納米管管壁比較薄，隨著焙燒溫度的不斷升高，鈦酸納米管逐漸失去結構水，管壁層間距縮小，300℃時管狀結構開始被破壞，從而無法進行高溫處理，得到管狀結構較好的銳鈦礦TiO₂納米管，故其光催化活性較低。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種TiO₂納米管的制備方法，由該方法制備得到的TiO₂納米管具有較高的光催化活性。

解決上述技術問題的技術方案如下：

一種TiO₂納米管的制備方法，包括以下步驟，

①分別配制氟鈦酸銨[(NH₄)₂TiF₆]溶液與硼酸[H₃BO₃]溶液，過濾后待用；

②取適量的用水熱合成法制得的鈦酸納米管，完全浸入到摩爾濃度比為1∶1-1∶5的氟鈦酸銨和硼酸混合溶液中進行沉積，沉積時間為10min-120min；

③混合溶液進行反應，得到其上形成有TiO₂薄膜的鈦酸納米管；

④將其上形成有TiO₂薄膜的鈦酸納米管于烘箱中烘干；

⑤然后在馬弗爐中進行熱處理；

⑥再自然冷卻即得到銳鈦礦型TiO₂納米管。

其中，步驟②中氟鈦酸銨和硼酸的摩爾濃度比優選為1∶3；沉積時間優選為40-50分鐘。

優選地，所述馬弗爐中進行熱處理為：首先升溫到250℃，升溫速率2℃/min，再升溫至300℃，升溫速率0.2℃/min，保溫1h，然后升溫到350℃，升溫速率0.2℃/min，最后升溫至600℃，升溫速率2℃/min，保溫1h；或優選為500℃下處理1h，升溫速率2℃/min；或優選為600℃下處理1h，升溫速率2℃/min。

優選地，鈦酸納米管的制備包括以下步驟：

A將2g?TiO₂與配好的10mol/L?NaOH?40ml?NaOH溶液放入配備冷凝裝置的聚四氟乙烯燒瓶中；

B加熱攪拌，控制反應溫度為100℃左右，反應時間為12h；

C反應完畢后冷卻至室溫，取出白色沉淀物；

D用去離子水洗滌數次直至上清液電導率低于70us/cm；

E用配好的0.1mol/L?HCl清洗白色沉淀物，靜置5h；

F再用去離子水洗滌數次直至上清液電導率低于5us/cm；即得到新鮮的鈦酸納米管。

本發明針對水熱合成法低溫處理未能得到高光催化活性的銳鈦礦型TiO₂納米管，提出以水熱合成法制得的鈦酸納米管為模板，通過液相沉積方法在其上外延生長TiO₂納米管，由于組成納米管的是較多成分的二氧化鈦，進一步熱處理將不會出現因失水或者錯位而坍塌，可以使得二氧化鈦納米管在高溫狀態自然過渡到銳鈦礦晶型。最終可以通過高溫處理得到具有較高光催化活性的銳鈦礦型TiO₂納米管。該二氧化鈦納米管為一面中間有小孔的六面體形狀，。該種方法制備的二氧化鈦納米管相比鈦酸納米管，具有較高光催化活性。