[發明專利]控制納米二氧化鈦形貌和晶型轉變的合成方法

無效

• 申請號: 201210555389.7
• 申請日: 2012-12-08
• 公開（公告）號: CN103030176A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 陶玉貴;曹寧;孫憶晨
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于二氧化鈦材料的合成技術領域，具體涉及一種控制納米二氧化鈦形貌和晶型轉變的合成方法。

背景技術

納米二氧化鈦是一種重要的無機功能性材料，因其具有光催化活性好、表面活性較高，耐候性和耐腐性良好，抗紫外線能力較強、環境友好、價格相對低廉及對人體無毒性等優點，被廣泛應用于涂料、醫藥、化妝品、催化劑、感光材料、環保工程、食品包裝和功能陶瓷等領域各個領域。納米二氧化鈦有三種常見的晶型分別是銳鈦礦型(anatase)、板鈦礦型(brookite)和金紅石(rutile)型，其中銳鈦礦型和板鈦礦型屬于熱力學不穩定晶型，它們可以通過鍛燒處理轉變成為穩定相的金紅石型納米二氧化鈦。目前，在基礎和應用領域已對納米二氧化鈦做了大量研究，已合成出了多種具有獨特形貌的TiO₂納米結構，如納米薄片、納米棒、納米管、納米線、納米小球、具有分層結構的TiO₂微球以及花式納米TiO₂等。另外，也發展了許多不同的方法和技術來制備二氧化鈦納米材料，如溶膠凝膠法、水熱法、溶劑熱法、模板法、膠束和反膠束法、化學氣相沉淀法、靜電紡絲法以及電沉淀法等。

在溶劑熱反應中可通過控制溶劑的理化性能、反應溫度、反應時間、溶液pH值以及模板劑得到不同晶型、不同尺寸和不同形貌的無機材料。不同類型的胺作為溶劑常被來制備各種納米材料，其中乙二胺已被證實具有結構定向協調分子模板(SCMT)的作用。雖然乙二胺作為SCMT已被廣泛用于納米無機材料的形貌控制中，但幾乎沒有報道過乙二胺對材料晶型控制的研究，尤其是對納米二氧化鈦形貌和晶型的控制。此外，氨基酸輔助合成納米無機材料引起廣泛關注，氨基酸的酸堿以及側鏈基團可與反應體系中的金屬離子相互作用形成前驅體或中間體，從而有效控制納米材料的尺寸與形貌。本發明使用L-半胱氨酸做模板劑，其具有的特殊結構和顯著的自組裝功能，可有效的協助二氧化鈦的形成。

發明內容

本發明的目的在于提供一種控制納米二氧化鈦形貌和晶型轉變的合成方法，本發明通過控制反應溫度和是否添加有機溶劑無水乙二胺來控制二氧化鈦形貌和晶型的轉變，本發明為制備納米二氧化鈦提供了一種新穎的簡便方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種控制納米二氧化鈦形貌和晶型轉變的合成方法，包括以下步驟：

步驟一，將氨基酸模板劑溶于氨水中，獲得模板劑溶液；

步驟二，在緩慢攪拌下，將所述模板劑溶液加入到混合溶劑中，獲得清亮溶液，所述混合溶劑的組分和各組分的含量為：水1～3體積份，無水乙二胺0～3體積份；

步驟三，在快速攪拌下，向所述清亮溶液中加入鈦酸正四丁酯，繼續攪拌30min，獲得反應液；

步驟四，將所述反應液轉入聚四氟乙烯內襯內膽不銹鋼反應釜中，溶劑熱反應得到沉淀物；

步驟五，將所述沉淀物離心收集，并依次用蒸餾水、無水乙醇和蒸餾水清洗，并于60～80℃干燥10～12小時，得二氧化鈦產物。

優選的，所述混合溶劑的組分和各組分的含量為：水1～3體積份，無水乙二胺1～3體積份；所述溶劑熱反應的溫度T為：120℃≤T≤170℃。

優選的，所述混合溶劑的組分和各組分的含量為：水1～3體積份，無水乙二胺1～3體積份；所述溶劑熱反應的溫度T為：180℃≤T≤270℃。

優選的，所述混合溶劑的組分和各組分的含量為：水3體積份，無水乙二胺0體積份；所述溶劑熱反應的溫度T為：120℃≤T≤170℃。

優選的，所述混合溶劑的組分和各組分的含量為：水3體積份，無水乙二胺0體積份；所述溶劑熱反應的溫度T為：180℃≤T≤270℃。

優選的，所述步驟一中，所述模板劑為L-半胱氨酸。

優選的，在所述氨水中，H₂O和NH₃·H₂O的體積比為5/1。

優選的，在所述步驟四中，所述熱反應的反應時間為12～48小時。

與現有技術相比，本發明提供的控制納米二氧化鈦形貌及其晶型轉變的合成方法，采用在水和乙二胺的二元溶劑體系中，添加L-半胱氨酸模板劑的溶劑熱合成方法，通過控制反應體系的反應溫度和有機溶劑無水乙二胺來實現控制納米二氧化鈦的形貌和晶型轉變。

本發明的有益效果如下：

1.以常見的鈦酸正四丁酯為鈦源，采用氨基酸做模板劑的條件下制備二氧化鈦，其操作方便、設備簡單、成本低廉、無毒害無污染；