[發明專利]可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法

無效

• 申請號: 200810071481.X
• 申請日: 2008-07-29
• 公開（公告）號: CN101327951A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 魏明燈;鄧其馨;魏可鎂
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047
• 代理公司: 福州元創專利代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，更具體涉及一種可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法。

背景技術

二氧化鈦納米材料在太陽能電池、鋰離子電池、氣敏傳感器、光催化降解有機物等方面都有重要的應用價值，傳統一般采用模板法和水熱法進行二氧化鈦納米材料的制備，采用模板法獲得的二氧化鈦納米材料雖然純度高，但是制備過程復雜，而且需要添加表面活性劑和模板劑，反應需要較高的溫度，原料成本高；目前采用現有水熱法的制備技術，雖然制備步驟簡單，但是制備出的二氧化鈦納米材料純度不夠，特別是目前還未有可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒的相關報道；此外，板鈦礦型二氧化鈦一般在自然界中高溫高壓條件下生成，用人工方法難以合成純相板鈦礦。盡管有報道合成純相板鈦礦型二氧化鈦納米粒子，但是板鈦礦型二氧化鈦納米棒還沒有被報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，該方法在較低溫度下和不添加任何表面活性劑和模板劑的條件下，用簡單的水熱方法可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒，其操作簡便、成本低、性能穩定，純度高、可以大量合成。

本發明的可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，步驟為：將0.5-2g二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液10-50mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K下反應24-48h；將生成的產物作為前驅體，將前驅體的pH值調節為5-7再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433-463K下反應48h得到純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒。

本發明的可控合成純相金紅石二氧化鈦納米棒的方法，步驟為：將0.5-2g二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液10-50mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K下反應24-48h；將生成的產物作為前驅體，將前驅體加入2-3摩爾/升的硝酸溶液50mL，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433-463K下反應40-60h得到純相金紅石二氧化鈦納米棒。

本發明的可控合成純相板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，步驟為：將0.5-2g二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液(請補充堿溶液的用量)，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K下反應24-48h；將生成的產物作為前驅體，將前驅體pH值調節為10-11，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在443-473K下反應40-60h得到純相板鈦礦二氧化鈦納米棒。

本發明的顯著優點是：

1)本發明的方法在較低溫度下和不添加任何表面活性劑和模板劑的條件下，用簡單的水熱方法可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒，其操作簡便、成本低、性能穩定，純度高、可以大量合成；可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米材料為人們探查各種晶相二氧化鈦之間的聯系和更好的選擇利用納米二氧化鈦提供幫助。

2)本發明的原料和制備過程科學合理：首先，表面的H⁺和OH^-顯著的影響TiO₆的表明自由能和它的結構組成。在反應過程中，當H⁺的濃度較高時，它就會有效地降低TiO₆的表明自由能；由于金紅石相的能量較低，經過水熱反應后就自然形成金紅石相。當pH值接近中性時，H⁺的濃度對TiO₆的結構影響甚小，經過水熱處理后，鋸齒型結構的鈦酸鹽縮合形成銳鈦礦相二氧化鈦。當堿性較大，也就是Na+含量較高時，在鈦酸鹽縮合的過程中Na⁺釋放而最終形成板鈦礦相的二氧化鈦。其次，根據一系列的實驗結果及分析，我們認為形成具有不同晶相和形貌的TiO₂納米材料可能是一個溶解和再結晶的過程。首先，鈦酸鈉納米片溶解形成[TiO₆]基本單元。其次，[TiO₆]基本單元重新結合形成不同的晶相和形貌。在酸性條件下，有利于金紅石相的形成；在中性條件下，有利于形成銳鈦礦相；在強堿性條件下，有利于形成板鈦礦相。

3)本發明合成的銳鈦礦和金紅石納米棒相貌較相似長度大部分為100多納米，直徑約為幾十納米，而板鈦礦納米棒不同于前面的兩種納米棒，是雙錐形結構，長度約為1～2μm。純度高于99％。

附圖說明

圖1是本發明的金紅石納米棒的透射電鏡照片。

圖2是本發明的銳鈦礦納米棒的透射電鏡照片。