[發(fā)明專利]一種銳鈦礦二氧化鈦納米管的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310293488.7
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103342386A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張治軍;張紀偉;張經(jīng)緯;張春麗;李秋葉;吳志申;金振聲
• 申請（專利權(quán)）人: 河南大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B82Y30/00
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 涂連梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備銳鈦礦二氧化鈦納米管的方法。

背景技術(shù)

納米管材料比表面積大，表面區(qū)域和孔體積特殊,因此具有獨特的物理化學性質(zhì),在光電轉(zhuǎn)換、光催化、鋰離子電池等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。二氧化鈦(TiO₂)廉價無毒且化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有卓越的光敏、濕敏、氣敏以及光電性能，在功能性陶瓷及光催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

二氧化鈦納米管是TiO₂的存在形式之一，由于其具有高比表面、高深寬比和尺寸依賴效應(yīng)等特性，近年來越來越受人們的關(guān)注。據(jù)文獻報道，目前能夠制得具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管的方法有模板法和陽極氧化法，但這些方法工藝復(fù)雜，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。水熱法雖然是常用的納米材料合成方法，但目前利用水熱合成的TiO₂納米管雜亂無序，長度、壁厚、管層數(shù)難以控制，構(gòu)效關(guān)系難以建立。另有研究表明：利用二氧化鈦或者偏鈦酸與濃堿反應(yīng)制備得到的納米管狀物是納米管鈦酸鹽而不是二氧化鈦，晶型為正交晶系。納米管鈦酸受熱脫水，晶型由正交晶系轉(zhuǎn)化為銳鈦礦，但同時納米管狀結(jié)構(gòu)會遭到破壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在提供一種制備具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米管的方法。

基于上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

一種銳鈦礦二氧化鈦納米管的制備方法，步驟包括：利用真空吸入法將金屬鹽溶液裝入納米管鈦酸和/或鈦酸鹽納米管的管腔內(nèi)，分離出沉淀，煅燒，然后除去金屬鹽受熱生成的金屬氧化物，即得產(chǎn)品。

所述煅燒于300～500℃下進行，時間為30min～12h。

所述金屬鹽溶液是金屬鹽的水溶液或金屬鹽溶于有機溶劑形成的溶液。

所述金屬鹽為500℃以下可煅燒生成氧化鑭的鑭鹽或可煅燒生成氧化鎳的鎳鹽。

所述鎳鹽為硝酸鎳、堿式碳酸鎳或乙酸鎳中的一種或者兩種以上物質(zhì)組成的混合物。

所述鑭鹽為硝酸鑭。

所述金屬鹽溶液的濃度為0.02～1.0?mol/L。

通過下述方法除去金屬氧化物：將煅燒后的納米管投入濃度為0.05～0.3?mol/L的酸或者堿中浸泡，爾后洗滌、干燥，即得銳鈦礦二氧化鈦納米管。選用酸液還是堿液進行浸泡，可根據(jù)金屬鹽受熱分解生成的金屬氧化物的具體類型來確定。

本發(fā)明所用納米管鈦酸和/或鈦酸鹽納米管，可參照現(xiàn)有技術(shù)以鈦酸鈉或鈦酸鉀作為前驅(qū)體母鹽來制備。

本發(fā)明利用簡單的濕化學方法制備銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管，其步驟簡單、操作方便，反應(yīng)條件溫和且無需任何模板，因而容易控制生產(chǎn)成本，適合于大批量生產(chǎn)，具有極高的推廣價值。利用該法制得的銳鈦礦二氧化鈦納米管長度在幾十納米到幾微米之間，內(nèi)徑為5～7nm。制得的銳鈦礦二氧化鈦納米管可在光催化劑和鋰離子電池材料等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

附圖說明

圖1是實施例1所得產(chǎn)品的X射線衍射圖；

圖2是實施例1中酸洗前納米管的透射電鏡圖；

圖3是實施例1中酸洗前納米管的高分辨透射電鏡圖；

圖4是實施例1中酸洗后納米管（最終產(chǎn)品）的透射電鏡圖；

圖5是實施例3所得產(chǎn)品的X射線衍射圖；

圖6是實施例3中酸洗前納米管的透射電鏡圖；

圖7是實施例3中酸洗后納米管（最終產(chǎn)品）的透射電鏡圖。

具體實施方式

????下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

一種銳鈦礦二氧化鈦納米管的制備方法，步驟包括：

（1）取1.16g??Ni(NO₃)₂.6H₂O溶解于20ml乙醇中，備用；取1g納米管鈦酸，抽真空24h，然后在真空狀態(tài)下加入硝酸鎳的乙醇溶液中，抽濾，濾餅干燥后放入管式爐中煅燒，管式爐以10℃/min的速度升溫至400℃，保溫煅燒3h后自然冷卻至室溫；

（2）將煅燒后的納米管投入濃度為0.1mol/L的鹽酸溶液中，浸泡5h，然后洗滌、過濾，干燥得到產(chǎn)品。

對所得產(chǎn)品進行X射線粉末衍射（XRD）測試，所得圖譜如圖1所示。從圖1可知，該產(chǎn)品為單一的銳鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦。