專利名稱：油溶性二氧化鈦納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在非水體系中，采用常壓溶劑熱法合成油溶性二氧化鈦納米線的制備方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦是一種n型半導(dǎo)體材料和典型的光催化劑，它存在三種晶體結(jié)構(gòu)金紅石(rutile)、銳鈦礦(anatase)和板鈦礦(brookite)。其中金紅石最穩(wěn)定，銳欽礦次之，板欽礦很少見，TiO2納米材料常涉及的晶相主要是前兩者。由于納米TiO2在半導(dǎo)體光電化學(xué)、光催化、太陽能電池、氣體傳感器和環(huán)境工程等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，又是功能陶瓷、高檔油漆、涂料及化妝品的優(yōu)良原料，因此成為國內(nèi)外材料科學(xué)界的一個研究熱點。目前二氧化鈦的研究大多集中在超微顆粒(零維材料)和納米薄膜材料(二維材料)方面，而對于納米線、納米管等這樣的一維材料研究甚少。
近年來，一維納米結(jié)構(gòu)材料由于其獨特的物理學(xué)性質(zhì)以及在納米電子和光電納米器件方面的巨大潛在應(yīng)用前景，引起了人們廣泛的關(guān)注。維度的調(diào)控決定著納米材料性質(zhì)，其中關(guān)鍵性因素主要是納米材料的形狀和尺寸。然而相對于微粒的尺寸調(diào)節(jié)，其形狀的調(diào)節(jié)難度更大，更具挑戰(zhàn)性，當然也更具深遠的意義。一維納米材料的制備方法按照其生長機理主要分為以下六種氣相-液相-固相(VLS)生長法(Peng X S，Meng G W，Wang X F，et al..Chem.Mater，2002，14(1)，4490)、溶液-液體-固體(SLS)生長法(Trentler T J，Goel S C，Hickman K M，et al..J.Am.Chem.Soc.，1997，119(9)，2172.)、氣體-固體(VS)生長法(Lee C J，Lee TJ.Lyu S C，et al..Appl.Phys.Lett.，2002，81(19)，3648)、溶劑熱合成法(QianY..Adv.Mater.，1999，11(13)，1101)、分子自組裝(Sapp S A，Lakshmi B B，MartinC R..Ad.Mate..1999，11(5)，402)、模板法(Lakshmi B B，Patrissi C J，Martin C R.Chem.Mater，.1997，9(11)，2544)。目前，二氧化鈦一維結(jié)構(gòu)材料的制備主要依賴于最后一種方法——模板法(尤以陽極氧化鋁模板法為主)。該方法可得到結(jié)構(gòu)規(guī)整的納米線陣列，而且納米線尺寸均勻，線寬可從幾十到幾百個納米進行調(diào)控；其最大缺點是產(chǎn)率非常低，所制備的納米線在水或是有機試劑中均不分散，限制了其推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高分散性和油溶性的二氧化鈦納米線的制備方法。
本發(fā)明通過如下措施來實現(xiàn)本發(fā)明借鑒溶劑熱合成法的生長原理，采用合適的有機功能性溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)和修飾劑原位合成油溶性的二氧化鈦納米線。該發(fā)明的最大特點首先是以有機溶劑取代一般溶劑熱合成法中使用的水溶液，將反應(yīng)體系由高壓狀態(tài)降低至常壓狀態(tài)；其次是有機溶劑中含有活性官能團，使得有機溶劑既是反應(yīng)介質(zhì)，又是表面修飾劑，從而成功地實現(xiàn)了二氧化鈦納米線的有機可分散性，極大地拓展了半導(dǎo)體二氧化鈦納米線的應(yīng)用領(lǐng)域。
一種油溶性二氧化鈦納米線的制備方法，其特征在于在有機酸中加入鈦酸酯，加熱溶解；然后加入鈦鹽鹵族化合物，加熱并通入惰性氣體，加熱至200-220℃下反應(yīng)1.5-2.5小時，再升溫至250-290℃攪拌反應(yīng)40-60小時；反應(yīng)結(jié)束后往反應(yīng)液中加入沉淀劑，有大量土黃色沉淀析出，陳化，過濾，洗滌，所得土黃色粉末為油溶性二氧化鈦納米線。
本發(fā)明所述的過程中需不斷通入惰性氣體，目的是為了除去反應(yīng)過程中產(chǎn)生的低沸點溶劑，減少升溫所需的時間。
本發(fā)明合成過程所使用的有機酸是碳鏈長度為8～18的脂肪族飽和酸。
本發(fā)明鈦酸酯的濃度為0.01～1mol/L，鈦酸酯和鈦鹽鹵族化合物的摩爾比為1∶1～1∶5，調(diào)整鈦酸酯和四氯化鈦的摩爾比，可調(diào)節(jié)納米線的分布情況。
本發(fā)明所說的沉淀劑是指與反應(yīng)體系中所使用有機溶劑相互溶的強極性溶劑，為丙酮、甲醇、乙睛中的一種。
本發(fā)明具有原料廉價易得，工藝流程簡便，產(chǎn)品成本低以及產(chǎn)率高等特點，適合規(guī)?；a(chǎn)。本法制備出的二氧化鈦納米線最突出的特征是其有機相容性，可以溶解的形式分散于苯、甲苯、石油醚、氯仿等非極性或弱極性溶劑中形成透明的納米分散體系；這一特性對于將其作為潤滑油添加劑、均相催化劑、聚合物、涂料及纖維的功能化納米填料的使用提供了極大的便利。再者，以有機溶劑取代水溶液，將反應(yīng)體系由高壓狀態(tài)降低至常壓狀態(tài)，大大降低了反應(yīng)器的設(shè)計難度，降低了生產(chǎn)成本，也減少了合成過程的危險性。


圖1和圖2是鈦酸四丁酯和四氯化鈦的摩爾比1∶1條件下制備的二氧化鈦納米線不同放大倍數(shù)下的透射電鏡照片，圖中標尺分為100納米和20納米。二氧化鈦納米線排列成紡錘型，線長100納米左右，線寬3納米左右。
圖3和圖4是鈦酸四丁酯和四氯化鈦的摩爾比1∶2條件下所制備的二氧化鈦納米線不同放大倍數(shù)下的透射電鏡照片，圖中標尺分為200納米和50納米。二氧化鈦納米線排列成團簇狀，線長200納米左右，線寬3納米左右。
圖5和圖6是鈦酸四丁酯和四氯化鈦的摩爾比1∶4條件下制備的二氧化鈦納米線不同放大倍數(shù)下的透射電鏡照片，圖中標尺分為100納米和50納米。二氧化鈦納米線呈無規(guī)則分布，線長150納米左右，線寬3納米左右。
圖7為所制備的二氧化鈦納米線電子衍射圖譜。
圖8為所制備的二氧化鈦納米顆粒的紫外-可見吸收光譜，可以看出，所制備的納米粉在紫外可見光區(qū)有強吸收，符合二氧化鈦納米線的光吸收特征。
圖9為所制備的二氧化鈦納米線的X-射線粉末衍射圖譜，晶型是銳鈦礦型的。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，通過實例進行說明。
實施例1稱量200g月桂酸加熱將其熔化成液體，向其中加入34g鈦酸四丁酯，攪拌溶解后再徐徐加入19g四氯化鈦，緩慢加熱并通入高純氮氣，加熱至200℃時反應(yīng)大約2小時，等反應(yīng)體系穩(wěn)定后再升溫至250℃攪拌反應(yīng)48小時。反應(yīng)結(jié)束后，按照體積比1∶3的比例加入丙酮，靜置，有大量棕黃色沉淀產(chǎn)生，過濾，干燥所得到的棕黃色固體即為目標產(chǎn)品。
實施例2稱量200g月桂酸加熱將其熔化成液體，向其中加入34g鈦酸四丁酯，攪拌溶解后再徐徐加入38g四氯化鈦，緩慢加熱并通入適量的高純氮氣，加熱至200℃時反應(yīng)大約2小時，等反應(yīng)體系穩(wěn)定后再升溫至250℃攪拌反應(yīng)48小時。反應(yīng)結(jié)束后，按照體積比1∶3的比例加入丙酮，靜置，有大量棕黃色沉淀產(chǎn)生，過濾，干燥所得到的棕黃色固體即為目標產(chǎn)品。
實施例3稱量200g月桂酸加熱將其熔化成液體，向其中加入34g鈦酸四丁酯，攪拌溶解后再徐徐加入72g四氯化鈦，緩慢加熱并通入適量的高純氮氣，加熱至200℃時反應(yīng)大約2小時，等反應(yīng)體系穩(wěn)定后再升溫至250℃攪拌反應(yīng)48小時。反應(yīng)結(jié)束后，按照體積比1∶3的比例加入丙酮，靜置，有大量棕黃色沉淀產(chǎn)生，過濾，干燥所得到的棕黃色固體即為目標產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種油溶性二氧化鈦納米線的制備方法，其特征在于在有機酸中加入鈦酸酯，加熱溶解；然后加入鈦鹽鹵族化合物，加熱并通入惰性氣體，加熱至200-220℃下反應(yīng)1.5-2.5小時，再升溫至250-290℃攪拌反應(yīng)40-60小時；反應(yīng)結(jié)束后往反應(yīng)液中加入沉淀劑，有土黃色沉淀析出，陳化，過濾，洗滌，所得土黃色粉末為油溶性二氧化鈦納米線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于有機酸是碳鏈長度為8～18的脂肪族飽和酸。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鈦酸酯的濃度為0.01～1mol/L，鈦酸酯和鈦鹽鹵族化合物的摩爾比為1∶1～1∶5。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于沉淀劑為丙酮、甲醇、乙睛中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非水體系中采用常壓溶劑熱法合成油溶性二氧化鈦納米線的制備方法。本發(fā)明是采用有機酸作為反應(yīng)介質(zhì)和修飾劑原位合成油溶性的二氧化鈦納米線。本制備方法具有原料廉價易得，工藝流程簡便，產(chǎn)品成本低以及產(chǎn)率高等特點，適合規(guī)?；a(chǎn)。所得二氧化鈦納米線能夠以溶解的形式分散于苯、甲苯、石油醚、氯仿等非極性或弱極性溶劑中形成透明的納米分散體系；為其作為潤滑油添加劑、均相催化劑、聚合物、涂料及纖維的功能化納米填料的使用提供了極大的便利，大大拓展了半導(dǎo)體二氧化鈦納米線的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號C01G23/053GK1986907SQ20051013394
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者王曉波, 劉維民 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所