專利名稱：一種制備三維納米花結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備三維納米花結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法。
背景技術(shù)：
具有納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜或粉末，由于其細(xì)小的晶粒尺寸、高的比表面積、獨(dú)特的納米尺寸效應(yīng)等特殊性能，因此在光催化、氣體傳感器、太陽(yáng)能電池、生物材料以及納米器件等高科技領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前已經(jīng)開發(fā)制備出多種零維和一維納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦，如單分散球狀納米顆粒、納米線、納米纖維、納米管、納米棒等。三維納米結(jié)構(gòu)“納米花”已經(jīng)在C、GaP、ZnO以及一些硫化物如WS2、MoS2、Bi2S3等體系中制備出來(lái)。這些“納米花”結(jié)構(gòu)材料顯示出一些獨(dú)特而優(yōu)異的物理化學(xué)性能，如場(chǎng)發(fā)射性能等。但是，盡管二氧化鈦有著廣泛的應(yīng)用，“納米花”結(jié)構(gòu)的二氧化鈦還沒有出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)便制備三維納米花結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法。
本發(fā)明的制備三維納米花結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法，包括以下步驟1)將質(zhì)量百分比濃度為50～55％的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65～68％的硝酸與去離子水按體積比1∶2～4∶5～7混合，得酸洗液；2)在質(zhì)量百分比濃度為20～30％的雙氧水溶液中添加0.1～0.8摩爾/升的硝酸和0～0.02摩爾/升的四氮六甲圜，得反應(yīng)液；3)將金屬鈦板表面用上述酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈，然后浸沒于反應(yīng)液中，在60～80℃下反應(yīng)48小時(shí)以上；4)反應(yīng)后的鈦片用去離子水清洗，干燥后，在300～500℃保溫至少10分鐘。
本發(fā)明在熱處理前“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦為非晶結(jié)構(gòu)；經(jīng)熱處理后獲得具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)，或銳鈦礦和金紅石混合晶型結(jié)構(gòu)的二氧化鈦“納米花”?！凹{米花”的直徑為300～500納米，由直徑約數(shù)納米的二氧化鈦顆粒定向“融合”生長(zhǎng)而成。
本發(fā)明采用的金屬鈦和過(guò)氧化氫水溶液直接反應(yīng)制備“納米花”結(jié)構(gòu)的二氧化鈦的方法簡(jiǎn)單、易行，成本低，制備的“納米花”經(jīng)熱處理后保持定向規(guī)則形貌，結(jié)晶良好，晶粒細(xì)小，比表面積大，純度高。


圖1為實(shí)施例1制備的表面覆蓋“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦的鈦片的低倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；圖2為實(shí)施例1制備的表面覆蓋“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦的鈦片的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；圖3為實(shí)施例1制備的“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；圖4為實(shí)施例1制備的表面覆蓋“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦的鈦片的X-射線衍射圖，圖中，A銳鈦礦，Ti鈦；圖5為實(shí)施例2制備的表面覆蓋“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦的鈦片的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；圖6為實(shí)施例2制備的表面覆蓋“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦的鈦片的X-射線衍射圖，圖中，A銳鈦礦，R金紅石，Ti鈦；圖7為實(shí)施例3制備的表面覆蓋“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦的鈦片的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片；圖8為實(shí)施例4制備的表面覆蓋“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦的鈦片的高倍場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明方法。但本發(fā)明采用金屬鈦和過(guò)氧化氫水溶液直接反應(yīng)制備納米花結(jié)構(gòu)的二氧化鈦的方法不僅僅局限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例1步驟1 配制酸洗液將質(zhì)量百分比濃度為55％的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65％的硝酸與去離子水按體積比1∶3∶6的比例混合，得酸洗液。
步驟2 金屬鈦板表面清洗尺寸為5×5×0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述混合酸在60℃溫度下酸洗，而后用去離子水在超聲波中清洗干凈。
步驟3 配制反應(yīng)液50ml濃度為30％(質(zhì)量百分比)雙氧水溶液中依次添加1.0毫升濃度為63％(質(zhì)量百分比)的硝酸和100毫克四氮六甲圜(純度＞99.5％質(zhì)量百分比)，得反應(yīng)液。
步驟4 反應(yīng)將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50ml反應(yīng)液中，在80℃下反應(yīng)72小時(shí)。
步驟5 熱處理反應(yīng)后的鈦片用去離子水輕輕沖洗，干燥后置于馬弗爐中400℃保溫1小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)果鈦板表面均勻生成如圖1和圖2所示的“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦，“納米花”直徑約300納米。圖3的高倍形貌顯示，“納米花”由直徑約數(shù)納米的二氧化鈦顆粒定向“融合”生長(zhǎng)而成。熱處理前“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦為非晶結(jié)構(gòu)；圖4顯示，熱處理后“納米花”的晶體結(jié)構(gòu)為純銳鈦礦結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例2步驟1 配制酸洗液同實(shí)施例1。
步驟2 金屬鈦板表面清洗同實(shí)施例1。
步驟3 配制反應(yīng)液50ml濃度為30％(質(zhì)量百分比)雙氧水溶液中依次添加4.0毫升濃度為63％(質(zhì)量百分比)的硝酸和100毫克四氮六甲圜(純度＞99.5％質(zhì)量百分比)，得反應(yīng)液。
步驟4 反應(yīng)將清洗干凈的金屬鈦板浸沒于50ml反應(yīng)液中，在60℃下反應(yīng)60小時(shí)。
步驟5 熱處理反應(yīng)后的鈦片用去離子水輕輕沖洗，干燥后置于馬弗爐中500℃保溫0.5小時(shí)。
反應(yīng)結(jié)果鈦板表面均勻生成如圖5所示的“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦，“納米花”直徑約500納米。熱處理前“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦為非晶結(jié)構(gòu)；圖6顯示，熱處理后“納米花”的晶體結(jié)構(gòu)為純銳鈦礦和金紅石混合晶型結(jié)構(gòu)，其中金紅石含量約為62％(質(zhì)量百分比)。
實(shí)施例3步驟1 配制酸洗液將質(zhì)量百分比濃度為50％的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為68％的硝酸與去離子水按體積比1∶4∶7的比例混合，得酸洗液。
步驟2 金屬鈦板表面清洗同實(shí)施例1。
步驟3 配制反應(yīng)液50ml濃度為30％(質(zhì)量百分比)雙氧水溶液中依次添加2.0毫升濃度為63％(質(zhì)量百分比)的硝酸和100毫克四氮六甲圜(純度＞99.5％質(zhì)量百分比)，得反應(yīng)液。
步驟4 反應(yīng)同實(shí)施例1。
步驟5 熱處理同實(shí)施例1。
反應(yīng)結(jié)果鈦板表面均勻生成如圖7所示的“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦，“納米花”直徑約500納米。熱處理前“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦為非晶結(jié)構(gòu)；熱處理后晶體結(jié)構(gòu)為純銳鈦礦結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4步驟1 配制酸洗液同實(shí)施例1。
步驟2 金屬鈦板表面清洗同實(shí)施例1。
步驟3 配制反應(yīng)液50ml濃度為30％(質(zhì)量百分比)雙氧水溶液中添加1.0毫升濃度為63％(質(zhì)量百分比)的硝酸，得反應(yīng)液。
步驟4 反應(yīng)同實(shí)施例1。
步驟5 熱處理同實(shí)施例1。
反應(yīng)結(jié)果鈦板表面生成如圖8所示的“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦。熱處理前“納米花”結(jié)構(gòu)二氧化鈦為非晶結(jié)構(gòu)；熱處理后晶體結(jié)構(gòu)為純銳鈦礦結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種制備三維納米花結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法，其特征是包括以下步驟1)將質(zhì)量百分比濃度為50～55％的氫氟酸、質(zhì)量百分比濃度為65～68％的硝酸與去離子水按體積比1∶2～4∶5～7混合，得酸洗液；2)在質(zhì)量百分比濃度為20～30％的雙氧水溶液中添加0.1～0.8摩爾/升的硝酸和0～0.02摩爾/升的四氮六甲圜，得反應(yīng)液；3)將金屬鈦板表面用上述酸洗液酸洗后，再用去離子水在超聲波中清洗干凈，然后浸沒于反應(yīng)液中，在60～80℃下反應(yīng)48小時(shí)以上；4)反應(yīng)后的鈦片用去離子水清洗，干燥后，在300～500℃保溫至少10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開的制備三維納米花結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法，其步驟如下將氫氟酸、硝酸與去離子水混合，配得酸洗液；在雙氧水溶液中添加硝酸和四氮六甲圜，得反應(yīng)液；金屬鈦板表面用酸洗液酸洗，浸沒于反應(yīng)液中，在60～80℃下反應(yīng)48小時(shí)以上；反應(yīng)后的鈦片用去離子水清洗，干燥，在300～500℃保溫至少10分鐘。本發(fā)明采用的金屬鈦和過(guò)氧化氫水溶液直接反應(yīng)制備“納米花”結(jié)構(gòu)的二氧化鈦的方法簡(jiǎn)單、易行，成本低，制備的“納米花”經(jīng)熱處理后保持定向規(guī)則形貌，結(jié)晶良好，晶粒細(xì)小，比表面積大，純度高。
文檔編號(hào)C01G23/00GK1807258SQ200610049498
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月14日
發(fā)明者吳進(jìn)明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)