[發明專利]一種高溫穩定二氧化鈦納米管粉體的制備方法

有效

• 申請號: 201611077091.4
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106745218B
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 吳梁鵬;李新軍;楊旭;李娟;龍麗珍
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;C01G23/08;B01J21/18
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 蔣歡妹;莫瑤江

本發明公開了一種高溫穩定二氧化鈦納米管粉體的制備方法，首先通過水熱合成法制備鈦酸納米管粉體，然后經表面改性，高溫焙燒得到二氧化硅/二氧化鈦復合納米管粉體，最后在低濃度氫氧化鈉溶液中刻蝕去除二氧化硅，得到高溫穩定二氧化鈦納米管粉體，該二氧化鈦納米管粉體在高于400℃的高溫下能夠保持良好的管狀形貌，具有較好的銳鈦礦晶型和優異的催化效果，可廣泛應用于光催化、鋰電池、太陽能電池、限域催化、醫學、催化燃燒等領域，解決了現有技術直接高于400℃焙燒鈦酸納米管使得表面或層間脫水而導致得到的二氧化鈦納米管燒結、斷裂甚至坍塌的問題。

技術領域：

本發明涉及新能源材料和催化材料技術領域，具體涉及一種高溫穩定二氧化鈦納米管粉體的制備方法。

背景技術：

自從1998年Kasuga等人首次制備出二氧化鈦納米管以來，這種具有良好化學穩定性、催化活性、濕敏、氣敏、光電轉換效應等多種優良特性的一維管狀納米材料引起了人們的廣泛關注。同時二氧化鈦納米管具有特殊物理化學性質，如較大的比表面積、優異的離子交換性能、特殊的孔體積和孔徑結構，在光催化、鋰電池、太陽能電池、功能材料等領域具有廣闊的應用前景。

二氧化鈦納米管粉體有多種制備方法，如模板法、有機溶液陽極氧化法及水熱合成法。其中水熱合成法由于其制備方法簡單，合成二氧化鈦納米管純度高等優點被廣泛使用，同時很多學者對二氧化鈦納米管的合成條件、形成機理和焙燒晶化機理進行了研究。總所周知，銳鈦礦相二氧化鈦具有較高的催化活性及較低的電子空穴復合率，在其他條件(晶粒尺寸、表面特性、比表面積、形貌)不變的條件下，需要對鈦酸納米管進行高溫焙燒來提高其晶型進一步提高其活性。但二氧化鈦納米管結構對于溫度十分敏感，當焙燒溫度高于400℃時，二氧化鈦納米管形貌就會燒結、斷裂甚至坍塌，形成銳鈦礦二氧化鈦納米顆粒，限制了其應用。因此制備具有高溫穩定性的二氧化鈦納米管粉體具有其必要性。

發明內容：

本發明的目的是提供一種高溫穩定二氧化鈦納米管粉體的制備方法，該方法首先通過水熱合成法制備鈦酸納米管粉體，然后經表面改性，高溫焙燒得到二氧化硅/二氧化鈦復合納米管粉體，最后在低濃度氫氧化鈉溶液中刻蝕去除二氧化硅，得到高溫穩定二氧化鈦納米管粉體，該二氧化鈦納米管粉體在高于400℃的高溫下能夠保持良好的管狀形貌，具有較好的銳鈦礦晶型和優異的催化效果，可廣泛應用于光催化、鋰電池、太陽能電池、限域催化、醫學、催化燃燒等領域，解決了現有技術直接高于400℃焙燒鈦酸納米管使得表面或層間脫水而導致得到的二氧化鈦納米管燒結、斷裂甚至坍塌的問題。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種高溫穩定二氧化鈦納米管粉體的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)水熱合成法制備鈦酸納米管粉體：將二氧化鈦納米粉加入9-15moL/L的氫氧化鈉溶液中，110～130℃攪拌下進行水熱反應12～48h，自然冷卻到室溫，過濾、去離子水洗滌至洗液PH為7，將0.1～0.5moL/L的鹽酸溶液加入到上述粉體中，攪拌或超聲2～3h，再次用去離子水洗滌至洗液PH為7，過濾，最后將所得粉體在50～60℃條件下烘干得到鈦酸納米管；

2)表面改性、高溫焙燒制備二氧化硅/二氧化鈦復合納米管粉體，選自以下兩種方法中的任意一種：

方法一：將步驟1)得到的鈦酸納米管分散在去離子水溶液中，攪拌并向溶液中滴加體積分數為5～8％冰醋酸直到溶液的PH值為3～4，在室溫下攪拌1～2h后加入硅烷偶聯劑乙醇溶液，接著在75～85℃恒溫攪拌3.5～5h，過濾，去離子水洗滌至洗液PH為7，在50～60℃條件下烘干，隨后放置在馬弗爐中在425～550℃條件下焙燒1～2h,獲得二氧化硅/二氧化鈦復合納米管粉體；鈦酸納米管與硅烷偶聯劑乙醇溶液的質量體積比為0.5～2g:30～150mL；述硅烷偶聯劑乙醇溶液中硅烷偶聯劑與乙醇的體積比為1:50～150。