[發明專利]高比表面二氧化鈦納米棒及其制備方法

在審

• 申請號: 201710058779.6
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106745221A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 熊劍
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B82Y40/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司42104
• 代理人: 涂潔

技術領域

本發明涉及一種納米材料，具體的說是一種二氧化鈦納米棒及其制備方法。

背景技術

在材料科學的發展過程中，科學家們發現隨著材料的尺寸的減小，當其縮小至納米級的時候，材料就會展現出許多新的物理及化學性質。而對TiO₂來說，當TiO₂晶粒的粒徑達到納米量級以后，它將表現出微米級TiO₂所不具有的特殊反應活性。納米TiO₂除了具有納米材料的特點外，還具有光催化性能，這使得它在環境污染治理方面將扮演及其重要的角色。此外，納米級TiO₂還在鋰離子二次電池電化學電容器和染料敏化太陽能電池等領域的使用倍受關注。

隨著目前科學的發展，通過利用物理和化學方法，人類能夠將納米尺度的物質單元進行組裝和排列來構成一維、二維和三維的納米結構體系，即實現可控合成。而自從1991年日本NEC公司Iijima等發現了碳納米管以來，眾多科技領域興起了對一維納米材料的研究，一維納米結構指的是在長度上為宏觀尺度即微米級或毫米級，但是在兩維方向處在納米尺度范圍的材料結構。高比表面的二氧化鈦納米棒具有可降低光生電阻相間傳遞次數，有效提高光催化性能；工業操作易于實現等優點，可應用于鋰電池、超級電容器、光催化等領域。

一維納米TiO₂(二氧化鈦納米棒)在不同長度尺寸下具有特殊的電子傳輸行為、光學特性等物理性質，這決定了一維納米材料在構筑納米器件等功能性元器件過程中的重要地位。二氧化鈦納米棒的制備方法主要有水熱法、溶膠-凝膠法、沉淀法等，其中水熱法具有反應裝置簡單、反應條件范圍較寬、原料廉價、產物形貌可控等特點，在制備尺寸均勻分布一維納米TiO₂方面具有較大優勢。現有水熱法中為了調節一維納米TiO₂不同的形貌和尺寸，通常是對反應條件進行控制，如殷婷婷于2012年3月在((廣州化工))發表的名稱為“熱法制備納米二氧化鈦的研究進展”的論文中公開，可以通過對反應溫度和反應時間進行調節，以獲得不同長度和直徑的二氧化鈦納米管，但這種調節作用非常有限，特別是在減少二氧化鈦納米管的直徑方面，效果不佳，目前通過調節反應時間、溫度等常規條件所得到的納米TiO₂納米棒比表面積普遍較小，一般在40m²/g以下。而較小的直徑和較大的長度正是高比表面的一維二氧化鈦納米結構的重要指標。因此，研究人員希望能以更為簡單、可靠、易行的方法更為靈活的調節二氧化鈦納米棒的長徑比，可以獲得更高比表面的二氧化鈦納米棒，以提高二氧化鈦納米棒的性能、進一步擴大應用領域。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種工藝極為簡單、易于操作、控制靈活，可以獲得更高比表面的高比表面二氧化鈦納米棒的制備方法。

本發明還提供一種上述制備方法制得的高比表面二氧化鈦納米棒。

本發明包括以下步驟：(1)將二氧化鈦在堿性溶液中分散，進行一次水熱反應后冷卻、分離、洗滌得到長鏈鈦酸鹽納米管，然后長鏈鈦酸鹽納米管置于酸性溶液中浸泡、抽濾、洗滌至中性得到長鏈鈦酸鹽納米管前驅體；其中，所述一次水熱反應過程，同步進行攪拌；(2)將得到的長鏈鈦酸鹽納米管前驅體分散于酸性溶液中，進行二次水熱反應后分離、洗滌、干燥得到超高比表面二氧化鈦納米棒，其中，所述二次水熱反應中，同步進行攪拌。

控制所述步驟(1)和步驟(2)中攪拌轉速范圍為100～900rpm。

所述步驟(1)中，控制分散有二氧化鈦的堿性溶液的pH值為13，控制浸泡有長鏈鈦酸鹽納米管的酸性溶液的pH值為0～2。

所述步驟(1)中一次水熱反應的溫度為110～150℃，反應時間為16～72h。

所述步驟(1)中的堿性溶液為NaOH溶液，酸性溶液為HNO₃溶液。

所述步驟(1)中，所述二氧化鈦為鈦礦相、金紅石相、銳鈦礦和金紅石相的混晶中的一種。

所述步驟(1)中，控制分散有長鏈鈦酸鹽納米管前驅體的酸性溶液pH值為0～2。

所述步驟(2)中的二次水熱反應的溫度為130℃～180℃，反應時間為6～24h。

所述步驟(2)中的酸性溶液HNO₃溶液。

本發明高比表面二氧化鈦納米棒采用上述方法制得，其直徑在20nm以下，長度在200nm以上，比表面積在80m²/g以上。