專利名稱：一種分層結(jié)構(gòu)的銳鈦相氧化鈦空心六邊形納米片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一種分層結(jié)構(gòu)的銳鈦相氧化鈦空心六邊形納米片及其制備 方法。
背景技術(shù)：
納米半導(dǎo)體氧化物的化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等性能主要取決于晶體的形貌與尺寸。開(kāi)發(fā) 具有特殊形貌和三維結(jié)構(gòu)的納米晶體，將會(huì)賦予其更好的功能化應(yīng)用前景。氧化鈦?zhàn)鳛橐环N寬禁帶的半導(dǎo)體材料，優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定性好、氧化能力強(qiáng)、不易光腐 蝕，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究中被作為能量轉(zhuǎn)換材料而廣泛應(yīng)用，特別是光能和化學(xué)能、電能之 間的轉(zhuǎn)換。納米氧化鈦的缺點(diǎn)是光利用率不足，載流子分離效率低。因此，大比表面積、高 晶化度、具有一維或多維結(jié)構(gòu)和特殊形貌的氧化鈦納米晶成為了研究熱點(diǎn)。Srinivasarao 等人以蝴蝶翅膀?yàn)槟０逯苽淞?3D金紅石Ti02(Angew. Chem. Int. Ed. 2008，47，7921.)；李和 興等人采用溶劑熱法制備了介孔TiO2球，具有較高的光催化活性(J. Am. Chem. Soc. 2007， 129,8406.) Jiahong Pan等人采用水熱法制備了介孔F-TiO2空心微球，展示了很高的光 催化活性(J. Am. Chem. Soc. 2008,130,11256.) ；Xingfu Zhou 等制備了核殼結(jié)構(gòu)介孔 TiO2 微球(J. Phys. Chem. C 2010，114，2434.)?，F(xiàn)有的空心結(jié)構(gòu)多為球形結(jié)構(gòu)，合成方法多為 水熱法、溶膠凝膠模板法，其能耗大，反應(yīng)復(fù)雜，較難控制。浙江大學(xué)吳進(jìn)明等的公開(kāi)專利 (CN101717114A)采用氫氟酸、硝酸、含氟物、三聚氰胺等溶液，在金屬鈦板上合成了空心多 面體結(jié)構(gòu)氧化鈦，其合成過(guò)程所用物質(zhì)有毒、有刺激，原料價(jià)格貴，其產(chǎn)物氧化鈦為銳鈦、金 紅石和板鈦礦的混晶相。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服上述現(xiàn)有方法的缺陷，采用極為簡(jiǎn)單的常溫下水解的方 法，合成一種分層結(jié)構(gòu)的銳鈦相氧化鈦空心六邊形納米片。該納米片由2 IOnm的銳鈦 型氧化鈦納米顆粒組裝而成，并可控形成多層空心六邊形結(jié)構(gòu)，所述納米片的空腔直徑 150 400nm，單層壁厚10 30nm。具體合成方法包括如下操作步驟采用六邊形氫氧化鎘納米片為模板，將氟鈦酸 銨/硼酸的水溶液滴加至上述氫氧化鎘納米片的水分散溶液中，攪拌30 ISOmin后，靜置 0 18h，所得沉淀用去離子水離心洗滌并在40 80°C下烘干，然后在450 50(TC下熱處 理10 60min，得到單層或雙層空心結(jié)構(gòu)的六邊形氧化鈦納米片。需要指出的是，上述操作中如果攪拌30 ISOmin后直接離心洗滌而不靜置，則得 到單層空心結(jié)構(gòu)的六邊形氧化鈦納米片。以制得的單層或雙層空心結(jié)構(gòu)的六邊形氧化鈦納米片為模板，重復(fù)上述操作步 驟，可制備得到多層結(jié)構(gòu)的空心氧化鈦。氫氧化鎘納米片在反應(yīng)過(guò)程中自行溶解，經(jīng)過(guò)去離 子水洗滌后，終產(chǎn)物中無(wú)任何殘留。
所用六邊形氫氧化鎘納米片為本申請(qǐng)人自行合成，直徑150 400nm，具體合成方 法見(jiàn) CrystEngComm，2010，12，1726-1729。氟鈦酸銨/硼酸的水溶液中氟鈦酸銨的摩爾濃度為0. 05 0. Imol · L—1，氟鈦酸 銨和硼酸的摩爾比為1 2 4。本發(fā)明采用直接水解法合成多層空心結(jié)構(gòu)的銳鈦相六邊形氧化鈦納米片，并使模 板在反應(yīng)中直接溶解，反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單，易控制。該氧化鈦結(jié)構(gòu)新穎，在光催化、催化劑載體、 隔熱、隔聲、電絕緣、光水解制氫和染料敏化太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明具有雙層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片的XRD圖譜；圖2是本發(fā)明具有單層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片的透射電鏡照片；圖3是本發(fā)明具有雙層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片的透射電鏡照片；圖4是本發(fā)明具有雙層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面，通過(guò)以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，它將有助于理解本發(fā)明，但并不限 制本發(fā)明的內(nèi)容。實(shí)施例1制備單層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片將1. 48克氟鈦酸銨和1. 24克硼酸溶解在IOOml去離子水中，磁力攪拌至溶液澄 清。將0. 23克氫氧化鎘分散于IOml去離子水中，超聲分散10分鐘，將上述氟鈦酸銨/硼 酸的水溶液滴加至上述氫氧化鎘納米片的分散溶液中，磁力攪拌120分鐘。用去離子水洗 滌白色沉淀，80°C烘干，在450°C燒結(jié)30分鐘，得到具有單層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米 片。實(shí)施例2制備單層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片其它過(guò)程與實(shí)施例1相同。但是，調(diào)整氟鈦酸銨和硼酸的比例，具體為將1. 48克 氟鈦酸銨和1. 73克硼酸溶解在IOOml去離子水中。得到具有單層空心結(jié)構(gòu)的空心六邊形 氧化鈦納米片。實(shí)施例3制備雙層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片將0. 98克氟鈦酸銨和1. 22克硼酸溶解在50ml去離子水中，磁力攪拌至溶液澄 清。將0.11克氫氧化鎘分散于5ml去離子水中，超聲分散10分鐘。將上述氟鈦酸銨/硼 酸的水溶液滴加至上述氫氧化鎘納米片的分散溶液中，磁力攪拌120分鐘，靜置12小時(shí)，用 去離子水洗滌白色沉淀，80°C烘干，在500°C燒結(jié)30分鐘，得到具有雙層結(jié)構(gòu)的空心六邊形 氧化鈦納米片。實(shí)施例4制備三層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片將實(shí)施例3中得到的具有雙層結(jié)構(gòu)的空心六邊形納米片氧化鈦分散在7ml去離子 水中，超聲10分鐘，得到空心六邊形氧化鈦納米片的水分散溶液。0. 50克氟鈦酸銨和0. 31 克硼酸溶解在50ml去離子水中，磁力攪拌至溶液澄清。將上述氟鈦酸銨/硼酸的水溶液 滴加至上述空心六邊形氧化鈦納米片的水分散溶液中，磁力攪拌120分鐘。用去離子水洗 滌白色沉淀，50°C烘干，在450°C燒結(jié)60分鐘，得到具有三層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米
4片。實(shí)施例5制備四層結(jié)構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片將實(shí)施例3中得到的具有雙層結(jié)構(gòu)的空心六邊形納米片氧化鈦分散在7ml去離子 水中，超聲10分鐘，得到空心六邊形氧化鈦納米片的水分散溶液。0. 74克氟鈦酸銨和0. 62 克硼酸溶解在50ml去離子水中，磁力攪拌至溶液澄清。將上述氟鈦酸銨/硼酸的水溶液滴 加至上述空心六邊形氧化鈦納米片的分散溶液中，磁力攪拌120分鐘，白色沉淀在溶液中 靜置14小時(shí)。用去離子水洗滌白色沉淀，80°C烘干，在500°C燒結(jié)40分鐘，得到具有四層結(jié) 構(gòu)的空心六邊形氧化鈦納米片。
權(quán)利要求
一種分層結(jié)構(gòu)的銳鈦相氧化鈦空心六邊形納米片，其特征在于，該納米片由2～10nm的銳鈦型納米氧化鈦顆粒組裝而成，并形成多層空心六邊形結(jié)構(gòu)；所述納米片的空腔直徑為150～400nm，單層壁厚10～30nm。
2.權(quán)利要求1所述的分層結(jié)構(gòu)的銳鈦相氧化鈦空心六邊形納米片的制備方法，其特征 在于，包括如下步驟以六邊形氫氧化鎘納米片為模板，將氟鈦酸銨/硼酸的水溶液滴加至上述氫氧化鎘納 米片的水分散溶液中，攪拌30 ISOmin后，靜置0 18h，所得沉淀用去離子水離心洗滌并 在40 80°C下烘干，然后在450 500°C下熱處理10 60min，得到單層或雙層空心六邊 形氧化鈦納米片。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)2所述的制備方法，其特征在于，所述氟鈦酸銨/硼酸的水溶液中氟 鈦酸銨的摩爾濃度為0.05 0. Imol ·Ι^，氟鈦酸銨和硼酸的摩爾比為1 2 4。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)2或3所述的制備方法，其特征在于，以制得的所述單層或雙層空心 六邊形氧化鈦納米片為模板，重復(fù)所述步驟的操作過(guò)程，得到多層結(jié)構(gòu)的空心氧化鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)2所述的方法，其特征在于，所述氫氧化鎘納米片在反應(yīng)過(guò)程中自 行溶解，經(jīng)過(guò)去離子水洗滌后，不殘留在最終產(chǎn)物中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分層結(jié)構(gòu)的銳鈦相氧化鈦空心六邊形納米片及其制備方法。該氧化鈦由2～10nm的銳鈦型納米顆粒組裝而成，并形成多層空心六邊形納米片結(jié)構(gòu)，空腔直徑150～400nm，單層壁厚10～30nm。制備方法如下以六邊形氫氧化鎘納米片為模板，將其分散在水溶液中，并滴加一定比例的氟鈦酸銨和硼酸水溶液，經(jīng)過(guò)攪拌、靜置沉淀后離心洗滌，得到具有單層空心結(jié)構(gòu)的六邊形氧化鈦納米片。重復(fù)上述操作，可得到多層結(jié)構(gòu)的空心氧化鈦納米片。本發(fā)明的制備方法反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單，易控制。該氧化鈦結(jié)構(gòu)新穎，在光催化、催化劑載體、隔熱、隔聲、電絕緣、光水解制氫和染料敏化太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01G23/047GK101948135SQ20101025256
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者李春忠, 邵瑋, 顧鋒 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)