[發(fā)明專利]二氧化鈦納米棒自組裝超點(diǎn)陣材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910100318.6
• 申請(qǐng)日: 2009-07-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101618891A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王智宇;葉波;錢(qián)國(guó)棟;樊先平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G23/053
• 分類號(hào): C01G23/053;B01F3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二氧化鈦納米棒自組裝超點(diǎn)陣材料的制備方法。它利用過(guò)量表面活性劑引入耗盡吸引力的策略，以此來(lái)誘導(dǎo)尺寸均一的TiO₂納米棒自組裝形成具有不同結(jié)構(gòu)的超點(diǎn)陣材料。?

背景技術(shù)

在目前以納米粒子所制備的納米晶超點(diǎn)陣中，其組成單元還主要局限于球形量子點(diǎn)，如稀有金屬、半導(dǎo)體和磁性量子點(diǎn)。這類量子點(diǎn)超點(diǎn)陣，除保持了納米粒子原有的特性外，由于量子點(diǎn)之間的耦合作用而具備一些納米粒子本身所不具備的特殊性質(zhì)，可能在光、電、磁等領(lǐng)域找到重要應(yīng)用。近一兩年來(lái)制備納米晶超點(diǎn)陣的一個(gè)新趨勢(shì)是從零維量子點(diǎn)向一維納米棒擴(kuò)展。通過(guò)引進(jìn)各向異性的一維納米棒可以給超點(diǎn)陣材料帶來(lái)更加優(yōu)異的整體性能：首先，相對(duì)于量子點(diǎn)來(lái)說(shuō)，納米棒的比表面積高于量子點(diǎn)，這就在其表面形成了更高密度的表面反應(yīng)活性點(diǎn)和更高的界面電荷傳輸速率；其次，電子能夠沿著一維納米棒的長(zhǎng)軸方向自由傳輸，由此產(chǎn)生的載流子在納米棒中的明顯離域化能夠減少電子、空穴的復(fù)合幾率，這能部分彌補(bǔ)表面陷阱態(tài)的產(chǎn)生來(lái)保證更高效的載流子分離效率；最后，具有取向一致的納米棒陣列能為光生載流子到達(dá)外部電極提供方向一致的快速通道，而獲得比單純的量子點(diǎn)超點(diǎn)陣材料更高的載流子傳輸速率。?

雖然Onsager的開(kāi)創(chuàng)性工作及后來(lái)的眾多理論模擬都預(yù)測(cè)了通過(guò)一維各向異性組元之間的自組裝能夠形成一系列的納米超結(jié)構(gòu)，但到目前為止，仍然只有很少的文獻(xiàn)成功報(bào)道過(guò)這種自組裝超點(diǎn)陣材料，它們僅限于這9種物質(zhì)的納米棒——BaCrO₄、CdSe、CdS、CdSe/CdS、ZnO、CoO、Co、Au、Ag。本發(fā)明就是首次將該一維超點(diǎn)陣材料的制備范圍拓展到銳鈦礦的TiO₂納米棒。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的局限，提供一種二氧化鈦納米棒自組裝超點(diǎn)陣材料的制備方法。?

二氧化鈦納米棒自組裝超點(diǎn)陣材料的制備方法包括如下步驟：?

1)將4～6毫升的油酸與5～7毫升的十八烷烯的混合物在100～110℃的溫度下攪拌1～2小時(shí)，以除去殘余的水和氧氣；?

2)加入0.3～0.5毫升的鈦酸正丁酯，并保持在100～110℃下20～30分鐘，加熱升溫到260～280℃，并保持10～20分鐘；?

3)快速注入2～3毫升的油胺，并劇烈攪拌1.5～2小時(shí)，冷卻后，加入6～10毫升1∶1的正己烷和丙酮的混合物，析出絮狀TiO₂納米棒，再以4000～5000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速離心出黃色TiO₂納米棒；?

4)將TiO₂納米棒被分散在正己烷或甲苯中形成TiO₂溶液，再加入油酸，在封閉式蒸發(fā)裝置中溶劑蒸發(fā)自組裝1～2小時(shí)，蒸發(fā)溫度為45～60℃，當(dāng)加入的油酸體積與TiO₂溶液體積之比從1∶5向2∶5增大時(shí)，二氧化鈦納米棒自組裝超點(diǎn)陣材料的結(jié)構(gòu)從絲帶狀結(jié)構(gòu)向蜂窩狀結(jié)構(gòu)過(guò)渡。?

近年來(lái)對(duì)膠體懸浮液和聚合物(polymer)系統(tǒng)的排空作用研究有了很大進(jìn)展，也發(fā)現(xiàn)了很多有趣的現(xiàn)象，其中聚合物系統(tǒng)的排空作用是當(dāng)前膠體物理的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是利用表面活性劑(surfactant)和聚合物(polymer)的相似性，運(yùn)用熵驅(qū)動(dòng)有序原理在相鄰的納米棒之間引入了熵力(entropyattraction)或者叫耗盡吸引力(depletion?attraction)，如圖1所示。需要注意的是這個(gè)耗盡力并不是基本相互作用，它只是一個(gè)統(tǒng)計(jì)意義下的等效相互作用而已，完全來(lái)自于熵貢獻(xiàn)。?

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：首次將一維超點(diǎn)陣材料的制備范圍拓展到銳鈦礦的TiO₂納米棒，它利用了過(guò)量的表面活性劑在相鄰TiO₂納米棒之間借助排空體積(excluded?volume)效應(yīng)引入耗盡吸引力(depletion?attraction)，從而為納米棒的自組裝驅(qū)動(dòng)力添加了宏觀的控制因素，使其自組裝行為更易發(fā)生。?

附圖說(shuō)明

圖1是納米棒四周的表面活性劑使得棒與棒之間產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)意義上的排空吸引力(示意圖)；?

圖2是在不加過(guò)量油酸或加入油酸遠(yuǎn)低于5.2×10^-4摩爾/毫升濃度的情況下，TiO₂納米棒由于缺乏耗盡吸引力的誘導(dǎo)作用從而呈現(xiàn)無(wú)序分布的透射照片；?