專利名稱：嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米管鈦酸制備技術領域，特別涉及一種嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸的制備方法。
背景技術：
納米管作為一種新型納米級材料正在得到廣泛的關注，填充金屬及其氧化物的納米管具有很多工業(yè)用途，如在大規(guī)模集成電路中作為同軸電纜或化工生產(chǎn)中作為催化劑等。填充過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸的制備和應用方面的研究，將會得到令人驚嘆的效果。由于納米管鈦酸內徑較小，僅有2-8納米，在納米管鈦酸中填充過渡金屬及其氧化物有一定困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸的制備方法。
為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸的制備方法，包括如下步驟(1)納米管鈦酸在0.02-0.1Mpa真空度下與0.1-2000mg/ml濃度的過渡金屬鹽溶液混合步驟，納米管鈦酸與過渡金屬鹽的質量比為(0.1-20000)∶1；(2)上述混合液在常壓下放置反應0.1-72小時；(3)凈化處理；(4)過渡金屬鹽轉化反應步驟，該步驟中，把凈化處理所得產(chǎn)物在50-1000℃空氣中煅燒0.5-72小時，或者在50-1000℃氫氣氛中煅燒0.5-72小時，或者用可見光、紫外光照射0.1-72小時。
過渡金屬鹽溶液包括過渡金屬鹽與水溶劑、乙醇溶劑、乙醚溶劑、丙酮溶劑、氨水溶劑形成的溶液；凈化處理步驟包括用相應溶劑洗去納米管鈦酸管外附著的過渡金屬鹽、過濾并干燥嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸。
混合步驟前用有機溶劑洗凈納米管鈦酸中的水分，并在20-100℃、0.02-0.1MPa條件下抽真空0.2-72小時。
本發(fā)明中，在真空條件下過渡金屬鹽溶液很容易進入納米管鈦酸內部，經(jīng)過一段時間的常壓靜置，過渡金屬鹽吸附于納米管鈦酸內壁。經(jīng)過凈化處理，附著在納米管鈦酸外面的過渡金屬鹽被洗去，可進一步回收利用。經(jīng)過過濾、干燥的吸附過渡金屬鹽的納米管鈦酸在轉化步驟充分轉化成過渡金屬及其氧化物，從而制得嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸。在混合步驟前用有機溶劑洗滌納米管鈦酸可充分去除納米管鈦酸中的水分，對納米管鈦酸抽真空可加快過渡金屬鹽溶液進入納米管鈦酸內部吸附于納米管鈦酸內壁，并進而轉化成過渡金屬及其氧化物。


圖1為原料納米管鈦酸的TEM形貌圖(放大200萬倍)；圖2為原料納米管鈦酸的TEM形貌圖(放大400萬倍)；圖3為嵌入過渡金屬鉑及其氧化物的納米管鈦酸的TEM形貌圖(放大300萬倍)；圖4為嵌入過渡金屬鉑及其氧化物的納米管鈦酸的TEM形貌圖(放大800萬倍)；圖5為嵌入過渡金屬金及其氧化物的納米管鈦酸的TEM形貌圖(放大400萬倍)；圖6為嵌入過渡金屬鉑及其氧化物的納米管鈦酸的XPS圖。
具體實施例方式
實施例1、取0.5克干燥的納米管鈦酸，加入50ml丙酮中，密封下攪拌12小時；濾去丙酮后再加入新的丙酮，重復以上操作15次。取上述用丙酮浸泡過的納米管鈦酸，在40℃、0.05-0.1MPa條件下抽真空36小時。在真空下加入濃度為420mg/ml的氯鉑酸-無水乙醇溶液至液面淹沒納米管鈦酸固體；打開真空閥，常壓放置36小時。用無水乙醇洗去納米管外附著的氯鉑酸，過濾、干燥。在300-380℃空氣中煅燒3小時，得嵌入過渡金屬鉑及其氧化物的納米管鈦酸。
產(chǎn)品經(jīng)TEM(TEM-2010高分辨透射電鏡，日本電子株式會社)檢測，納米管鈦酸管徑未發(fā)生變化，填充的金屬鉑及其氧化物粒徑約為3-5nm(見圖3、圖4)。經(jīng)XPS(ESCALAB210型XPS，英國VG公司)檢測表明，產(chǎn)品中含有鉑元素(見圖6)；解疊后，納米管內的填充物有三種價態(tài)的鉑及其化合物，結合能為70.8eV的Pt4f7峰代表Pt0，結合能為72.3eV的Pt4f7峰代表PtO，結合能為74.5eV的Pt4f7峰代表PtO2。
實施例2、取1g干燥的納米管鈦酸，加入100ml無水乙醇中，密封下攪拌12小時，分離后，加入等量新的無水乙醇，重復以上操作18次。取上述用無水乙醇浸泡過的納米管鈦酸，在60℃、0.06-0.1MPa真空下抽真空54小時。在真空下加入濃度為260mg/ml的氯鉑酸-無水乙醇溶液至液面淹沒納米管鈦酸固體，打開真空閥，常壓放置48小時。用適量蒸餾水洗去納米管鈦酸外附著的H2PtCl6，過濾，干燥。在280-350℃的氫氣中還原6小時，得嵌入過渡金屬鉑氧化物的納米管鈦酸，其TEM形貌與實施例1相同(見圖3、圖4)。
實施例3、取0.5g干燥的納米管鈦酸，加入60ml丙酮中，密封下攪拌12小時，分離后，加入等量新的丙酮，重復以上操作16次。取上述用丙酮進洗過的納米管鈦酸，在28℃、0.08-0.1MPa真空度下抽真空38小時。在真空下加入濃度為200mg/ml的硝酸銀-無水乙醇溶液至液面淹沒固體納米管鈦酸，打開真空閥，常壓放置54小時。用適量無水乙醇洗去納米管鈦酸外附著的硝酸銀，過濾、干燥。在350-450℃空氣中煅燒6小時，得嵌入過渡金屬銀氧化物的納米管鈦酸。
實施例4、取0.5g干燥的納米管鈦酸，加入100ml丙酮中，密封攪拌10小時，分離后，加入等量新的丙酮，重復以上操作14次。取上述用丙酮浸泡過的納米管鈦酸，在25℃0.07-0.1MPa真空下處理38小時。在真空下加入濃度350mg/ml的氯金酸-丙酮溶液至液面淹沒固體納米管鈦酸，打開真空閥，常壓放置24小時。用適量無水乙醇洗去納米管鈦酸外面附著的氯金酸，過濾、干燥。在240-320℃、的空氣中煅燒10小時，得嵌入過渡金屬金氧化物的納米管鈦酸。產(chǎn)品經(jīng)TEM檢測，納米管鈦酸管徑?jīng)]有變化，填充的金屬金及其氧化物粒徑約4-5納米(見圖5)。
權利要求
1.嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)納米管鈦酸在0.02-0.1Mpa真空度下與0.1-2000mg/ml濃度的過渡金屬鹽溶液混合步驟，納米管鈦酸與過渡金屬鹽的質量比為(0.1-20000)∶1；(2)上述混合液在常壓下放置反應0.1-72小時；(3)凈化處理；(4)過渡金屬鹽轉化反應步驟，該步驟中，把凈化處理所得產(chǎn)物在50-1000℃空氣中煅燒0.5-72小時，或者在50-1000℃氫氣氛中煅燒0.5-72小時，或者用可見光、紫外光照射0.1-72小時。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，過渡金屬鹽溶液包括過渡金屬鹽與水溶劑、乙醇溶劑、乙醚溶劑、丙酮溶劑、氨水溶劑形成的溶液；凈化處理步驟包括用相應溶劑洗去納米管鈦酸管外附著的過渡金屬鹽、過濾并干燥嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸。
3.如權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，混合步驟前用有機溶劑洗凈納米管鈦酸中的水分，并在20-100℃、0.02-0.1MPa條件下抽真空0.2-72小時。
全文摘要
嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸的制備方法，屬于納米管鈦酸制備技術領域。包括如下步驟(1)納米管鈦酸在0.02－0.1MPa真空度下與0.1－2000mg/ml濃度的過渡金屬鹽溶液混合步驟，納米管鈦酸與過渡金屬鹽的質量比為(0.1－20000)∶1；(2)上述混合液在常壓下放置反應0.1－72小時；(3)凈化處理；(4)過渡金屬鹽轉化反應步驟，該步驟中，把凈化處理所得產(chǎn)物在50－1000℃空氣中煅燒0.5－72小時，或者在50－1000℃氫氣氛中煅燒0.5－72小時，或者用可見光、紫外光照射0.2－72小時。利用本發(fā)明制備嵌入過渡金屬及其氧化物的納米管鈦酸，方法簡單，條件溫和。
文檔編號C04B35/462GK1676491SQ200410010179
公開日2005年10月5日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權日2004年4月2日
發(fā)明者馬新起, 郭新勇, 金振聲, 楊建軍, 張治軍 申請人:河南大學