[發明專利]一種三維花狀二氧化鈦納米材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710696894.6
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107381632B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 劉海霞;張路楠;劉玉潔;李天鐸
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發明提供一種三維花狀二氧化鈦納米材料的制備方法，該方法主要用于解決光催化降解水中污染物的問題。本發明通過采用以乙二酸有機分子做模板，氫氟酸作添加劑，利用簡單的溶劑熱法制備出具有良好的結晶性的三維花狀二氧化鈦納米材料。本發明所制備的產物具有良好的光催化降解能力，成本低廉，可重復性強，催化失活慢。步驟簡單、操作方便、實用性強。

技術領域

本發明屬于無機半導體納米材料科學領域，具體涉及一種具有花狀結構的球形二氧化鈦催化材料及其制備方法。

背景技術

二氧化鈦是一種重要的多功能無機材料，因其具有無毒、低成本以及較高的化學穩定性等優點，獨特的光催化性能、優異的顏色效應和防紫外線等功能，在紡織、光催化觸媒、抗紫外材料、功能陶瓷以及氣敏傳感器等領域具有非常廣闊的應用前景。二氧化鈦在微納米尺度范圍內已經制備得到多種形貌，如：納米棒、納米線、納米管以及納米球等。過去諸多的研究表明，二氧化鈦的微觀形貌和晶體的結構對于光催化性能有著重要的影響，因此制備出具有特殊微觀形貌的二氧化鈦，對于推動新能源的開發、環境的治理等具有積極的現實意義。

目前，二氧化鈦的制備方法主要包括溶膠凝膠法、溶劑熱法以及水熱合成法等，而花狀二氧化鈦的制備多采用的是溶劑熱法，文獻[Crystengcomm,2011,13(8):2994-3000]以鈦酸四丁酯為原料，利用溶劑熱和煅燒的方法合成了具有三維分層花狀結構的納米二氧化鈦，所合成的由窄的納米片組裝而成的二氧化鈦花狀納米材料有著較好的結晶性和光催化性能。文獻[Res Chem Intermed,2009,35,769-777]以四氯化鈦為原料，乙醇和丙三醇混合溶液為溶劑，經過高溫高壓反應后煅燒合成具有分級結構的花狀二氧化鈦。文獻[ActaMetall.Sin.(Engl.Lett.),2013,26(6),742-746]利用微波水熱法以及退火處理制備出了具有花狀結構的銳鈦型二氧化鈦納米顆粒。水熱法因其成本低、操作簡單、易于控制條件等優點，得到人們的廣泛應用。

中國專利CN201510402170.7公開了一種三維花狀結構暴露[001]晶面的二氧化鈦的制備方法：將異丁醇與鈦酸丁酯混合均勻后，加入異丁醇和氫氟酸適量，磁力攪拌，再轉入高壓釜中，在180～200℃下水熱反應20h；將高壓釜冷卻至室溫，所得樣品用去離子水洗滌，并用NaOH溶液調節pH值中性，干燥得到白色的三維花狀結構暴露[001]晶面的二氧化鈦樣品。但其制備三維花狀二氧化鈦存在反應時間長，納米片薄、催化失活快的問題。

發明內容

為了克服上述不足，本發明提供一種簡單的方法制備出具有三維花狀形貌的納米二氧化鈦。其中以鈦酸四正丁酯為鈦源和乙二酸分子作為模板劑，利用溶劑熱法合成由納米片組裝而成的三維花狀二氧化鈦。合成方法簡單且易操作，而得到的產物結構穩定，產率較高。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種由納米片組裝而成的三維花狀二氧化鈦材料的制備方法，包括：

使鈦源和乙二酸在氫氟酸、乙醇和異丙醇存在的條件下水熱反應，分離、洗滌、干燥，煅燒，即得由納米片組裝而成的三維花狀二氧化鈦材料。

本發明乙二酸在水熱反應中起到模板劑的作用。在反應初期，納米粒子以乙二酸有機分子為模板逐步聚集，然后形成納米片，至此乙二酸不再參與后續反應。

為了克服現有的三維花狀二氧化鈦材料納米片較薄、催化效率低的問題，本發明對其水熱合成規律進行了系統研究，大量實驗摸索后發現：在水熱反應過程中加入乙二酸作為模板劑既可以提高納米顆粒聚集速率、縮短反應時間，又能增強其納米片厚度，減緩催化失活速率。

優選的，所述鈦源為鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯、四氯化鈦或硫酸氧鈦。