[發(fā)明專利]由納米薄片自組裝而成的中空管狀二氧化鈦及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710705784.1
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107500349A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李國良;劉稷燕;廖春陽;江桂斌;羅明漢
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 牛海軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計一種二氧化鈦的制備方法，特別是一種在無模板的條件下通過溶劑熱法一次性制備由二維納米薄片自組裝而成的三維中空管狀結(jié)構(gòu)二氧化鈦。

背景技術(shù)

二氧化鈦由于其獨(dú)特的電子、光學(xué)、化學(xué)和物理性質(zhì)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于光催化、太陽能電池、氣體傳感和光解等領(lǐng)域。由于納米顆粒易團(tuán)聚、難分離等應(yīng)用缺陷，對納米二氧化鈦進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設(shè)計，避免這些缺陷進(jìn)而增強(qiáng)其應(yīng)用效能對二氧化鈦的應(yīng)用推廣具有十分重要的意義。近年來的研究也表明納米材料的理化性質(zhì)和應(yīng)用效能與其結(jié)構(gòu)形貌有十分密切的關(guān)系。

中空管狀二氧化鈦由于其特殊形貌結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)化二氧化鈦的光催化和其它應(yīng)用方面都具有顯著的效果。這主要是因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)具有以下特質(zhì)：1)具有高的表面/體積比和多孔結(jié)構(gòu)，從而使物質(zhì)傳質(zhì)速率加快；2)具有高的比表面積，從而能夠吸附更多的反應(yīng)物質(zhì)并吸收更多的輻照光；3)特殊的結(jié)構(gòu)能夠使輻照光通過多重反射/折射而增強(qiáng)對輻照光的有效吸收利用。

目前制備中空管狀二氧化鈦的方法主要有鈦絲的陽極氧化法、堿性條件下水熱處理二氧化鈦顆粒法、電紡法和模板法等。前兩種方法要么生成“蜂窩”狀薄膜，要么易于生成團(tuán)聚體；而電紡法需要特殊的電紡儀器和前驅(qū)體的精確控制；模板法則需要經(jīng)過多重步驟，并且模板為消耗品不可重復(fù)利用。因此，開發(fā)新的制備程序簡單易行、產(chǎn)品分散穩(wěn)定、且不需要模板劑的制備中空管狀二氧化鈦的方法，對二氧化鈦的推廣應(yīng)用具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備中空管狀二氧化鈦的方法，該方法具有制備程序簡單易行、產(chǎn)品分散穩(wěn)定、且不需要模板劑等特點(diǎn)。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了一種中空管狀二氧化鈦，其中所述中空管狀二氧化鈦具有由二維納米薄片互相交聯(lián)自組裝而成的三維中空管狀結(jié)構(gòu)，并且具有110m²/g以上的比表面積和2-8nm的孔徑范圍。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，所述三維中空管狀結(jié)構(gòu)的管長為10-45μm，管外徑為1.2-2.2μm，管內(nèi)徑為0.9-1.7μm。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，所述二維納米薄片的長度為100-200nm，厚度<8nm。

本發(fā)明還提供了一種制備根據(jù)本發(fā)明所述的中空管狀二氧化鈦的方法，所述方法包括以下步驟：

將鈦源前驅(qū)體分散到溶劑中，超聲分散，升溫至不高于120℃的溫度并且在所述溫度下反應(yīng)，之后取出并冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心分離并用醇淋洗，在不高于100℃的溫度下真空干燥，將干燥后的粉末經(jīng)不低于500℃退火煅燒，即生成中空管狀二氧化鈦。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，所述鈦源前驅(qū)體是硫酸氧鈦-硫酸多水復(fù)合物。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，所述硫酸氧鈦-硫酸多水復(fù)合物具有化學(xué)式TiOSO₄·xH₂SO₄·xH₂O，并且其中所述x是任何大于0的數(shù)值。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，所述溶劑是無水乙醇、乙醚和乙二醇的混合溶劑，并且無水乙醇、乙醚和乙二醇的體積比是2-2.5:1-1.2:1。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，在超聲分散后，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，然后放置于馬弗爐中升溫。

根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，所述方法在不添加任何模板劑或材料的條件下一次性完成制備。

按上述方案制備的二氧化鈦的特征為：呈現(xiàn)由二維納米薄片自組裝而成的三維中空管狀特殊結(jié)構(gòu)，對輻照光的吸收強(qiáng)度高于平滑表面管狀結(jié)構(gòu)和納米顆粒。

本發(fā)明與已有的技術(shù)比較其優(yōu)點(diǎn)是：不使用模板材料，制備過程簡單，產(chǎn)品呈現(xiàn)由二維薄片互相交聯(lián)自組裝而成的三維中空管狀結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例制備的由二維納米薄片自組裝而成的三維中空管狀結(jié)構(gòu)二氧化鈦的掃描電鏡圖(a)和透射電鏡圖(b)以及示出二維納米薄片的圖(c)和圖(d)。

圖2是平滑表面管狀二氧化鈦的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

溶劑熱法制備中空管狀二氧化鈦的方法，具體是實(shí)施方法如下：