[發(fā)明專利]分級結構的金紅石晶型氧化鈦及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310005097.0
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN103058275A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 許思超;王拴;張云霞;李廣海
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J20/06;B01J21/06;C02F1/28;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/22
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

技術領域

本發(fā)明涉及一種氧化鈦及制備方法和用途，尤其是一種分級結構的金紅石晶型氧化鈦及其制備方法和用途。

背景技術

氧化鈦在環(huán)境治理中表現(xiàn)出了良好的生物和化學惰性、較強的氧化性能、低成本、以及對光腐蝕和化學腐蝕的穩(wěn)定性，已成為具有優(yōu)異吸附和光催化性能的功能材料。氧化鈦納米材料由于具備更大的比表面積且表面原子中含有豐富的不飽和鍵，以及其內(nèi)在的化學活性及微小的尺寸而極易吸附重金屬離子，從而能更有效地通過吸附和降解的方式移除水溶液中的污染物。隨著氧化鈦納米材料尺度的不斷減小，其比表面積雖將大幅度地增加，卻極易造成團聚。為此，人們試圖通過進一步地深入了解和研究不同形貌和尺寸下的氧化鈦之性能變化，以化解這一難題，如《Mesocrystals?of?Rutile?TiO₂:Mesoscale?Transformation，Crystallization，and?Growth?by?a?Biologic?Molecules-Assisted?Hydrothermal?Process》，Crystal?Growth?&?Design，2009，Vol.9，No.1，203-209（《生物分子協(xié)助水熱法中金紅石相氧化鈦介晶的介尺度變化、結晶化及生長》，晶體生長與設計期刊2009年第9卷1期第203～209頁）一文中公開的一種具有微-納結構的金紅石相二氧化鈦和其制備方法。該文中提及的二氧化鈦為由密集枝杈互連組成的中空金紅石相二氧化鈦微米球，微米球的尺寸為1.5～2μm，球心為較小的空隙、球表面有不規(guī)則的洞穴狀坑點；制備方法為先將碳酸鈉與L-絲氨酸的水溶液滴加到四氯化鈦水溶液中并不停地攪拌，再向其中加入N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺并攪拌，得到混合液，之后，先將混合液加入高壓釜中，在130℃下加熱不同時間后冷卻至室溫，再將其沉淀物經(jīng)去離子水及無水乙醇清洗后于60℃真空中干燥4小時，獲得產(chǎn)物。但是，無論是獲得的產(chǎn)物，還是其制備方法，都存在著欠缺之處，首先，產(chǎn)物雖為納米枝杈組成的帶有洞穴狀坑點的球形，卻由于納米枝杈過于密集且互連拼接聚合而大大地降低了比表面積，加之洞穴狀坑點的過少和過小，以及納米枝杈的過于粗短而進一步地壓縮了比表面積；其次，制備方法既不能制得具有較高比表面積的產(chǎn)物，又因原料鈦的前驅(qū)體使用的是四氯化鈦而在配制其水溶液時不僅反應劇烈，還會產(chǎn)生有毒氣體氯化氫，造成對環(huán)境的污染，更有著為獲得較好形貌的產(chǎn)物而需于130℃的反應釜中進行3天反應的缺陷，除耗能之外，還費時。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題為克服現(xiàn)有技術中的欠缺之處，提供一種結構合理，比表面積較高的分級結構的金紅石晶型氧化鈦。

本發(fā)明要解決的另一個技術問題為提供一種上述分級結構的金紅石晶型氧化鈦的制備方法。

本發(fā)明要解決的還有一個技術問題為提供一種上述分級結構的金紅石晶型氧化鈦的用途。

為解決本發(fā)明的技術問題，所采用的技術方案為：分級結構的金紅石晶型氧化鈦由金紅石相氧化鈦微米空心球組成，特別是，

所述金紅石相氧化鈦微米空心球的側面為開口狀，所述側面為開口狀的金紅石相氧化鈦微米空心球的表面為豎立的單晶納米棒；

所述側面為開口狀的金紅石相氧化鈦微米空心球的球直徑為2～3μm；

所述表面豎立的單晶納米棒的棒直徑為5～8nm、棒長為≥200nm；

所述表面為豎立的單晶納米棒、側面為開口狀的金紅石相氧化鈦微米空心球的比表面積由氮氣吸附脫附等溫線測量法測得為≥224.4m²/g。

作為分級結構的金紅石晶型氧化鈦的進一步改進，所述的表面豎立的單晶納米棒的直立的側表面為{110}晶面。

為解決本發(fā)明的另一個技術問題，所采用的另一個技術方案為：上述分級結構的金紅石晶型氧化鈦的制備方法采用溶劑熱法，特別是完成步驟如下：

步驟1，先將水合硫酸氧鈦（TiOSO₄·2H₂O）、乙醇、甘油和去離子水按照摩爾比為1：16～26：10～15：15～20的比例相混合后攪拌至少1h，得到混合液，再將混合液置于密閉狀態(tài)，于溫度為140～160℃下反應至少30h，得到反應混合物；

步驟2，先去除反應混合物的上層液體后，對得到的沉淀物使用工業(yè)酒精清洗至少3次，再將其置于75～85℃下干燥至少1h，制得分級結構的金紅石晶型氧化鈦。