專利名稱：一種二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米二氧化鈦，具體地，是一種二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
由于核殼結(jié)構(gòu)的納米材料在催化、色譜層析、生物活性試劑保護(hù)、廢水處理、大分子緩釋體系等領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，使得可控制備核殼結(jié)構(gòu)納米材料成為研究的熱點；二氧化鈦(TiO2)是一種研究較多的多功能精細(xì)無機材料，也是重要的陶瓷、半導(dǎo)體及催化材料，又因其具有良好的耐侯性、耐化學(xué)腐蝕性、較高的化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性、光敏性等獨特的性能而廣泛應(yīng)用于涂料、介電材料、油墨、造紙等領(lǐng)域；近年來，由于二氧化鈦(TiO2)的多相光催化作用能有效地將大氣和水中的有機污染物完全降解為二氧化碳、水和無機酸， 既沒有二次污染，又可利用太陽能，是一種符合可持續(xù)發(fā)展需要，且具有廣闊應(yīng)用前景的污水和空氣處理新技術(shù)；二氧化鈦由于其無毒、高的化學(xué)穩(wěn)定性、低成本，因而被廣泛的使用作為核殼微球及空心結(jié)構(gòu)的科材料；雖然有不同的方法已經(jīng)制備出了許多類型的二氧化鈦空心球材料，但是存在工藝流程復(fù)雜、不易擴(kuò)大再生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量有待提高等問題；目前已有的合成方法主要是通過模板法，包括硬模板(例如，無機金屬和聚合物膠體顆粒)和軟模板(例如，表面活性劑和聚合物的分子模板)，以及無模板法；硬模板法通常在模板粒子表面通過層層自組裝法或溶膠-凝膠法來形成核殼結(jié)構(gòu)和空心微球，前者工藝復(fù)雜，需涉及多次使用帶異種電荷的聚電解質(zhì)；而溶膠-凝膠法難以控制氧化鈦納米顆粒的生成速率，會導(dǎo)致二次粒子的大量聚集，影響微球的分散性；無模板法合成則是通過水熱或溶劑熱法一步制得核殼結(jié)構(gòu)或空心微球，該方法雖然工藝簡單，快捷，但是難以克服產(chǎn)物尺寸分布廣，雜質(zhì)較多的缺點；因此，發(fā)明人一直尋求低成本、簡單有效的方法制備出二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)及其制備方法，該方法能夠解決二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸分布的問題，制備得到的二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)粒度比較均勻,粒徑分布范圍在IOOlOOnm之間。上述目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的以氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)為前軀體，以二氧化硅(SiO2)微球為模板，通過調(diào)節(jié)氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)的濃度，水熱時間和二氧化硅(SiO2)的尺寸來控制空心微球的尺寸以及殼的厚度，從而在相對低的溫度條件下，大量合成尺寸和結(jié)構(gòu)都具有高同向性的二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)。具體地，包括如下步驟
(1)將粒度分布均勻、平均粒徑為85、5nm的二氧化硅顆粒加入氟鈦酸銨((NH4)2TiF6 )水溶液中；二氧化硅與氟鈦酸銨的物質(zhì)的量之比為1:2-1:4 ;
(2)將上述溶液攪拌均勻，60-80°C保溫6 24h；
(3)將攪拌完成的產(chǎn)物用蒸餾水或乙醇清洗抽濾收集；(4)將收集的產(chǎn)物干燥；
(5)將產(chǎn)物在45(T550°C下煅燒2h，即得到二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu)。所述的氟鈦酸銨((NH4) 2TiF6 )水溶液的濃度為0. 02 0. 08mol/L。本發(fā)明方法工藝簡單，成本低廉，通過球形模板的限制作用來控制產(chǎn)物的形貌，從而在相對低的溫度條件下，大量合成了尺寸和結(jié)構(gòu)都具有高同向性的二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)，解決了以往合成二氧化鈦微球過程中的尺寸分布范圍過大、工藝復(fù)雜的問題，制備得到的二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)粒度均勻，平均粒徑范圍為10(T400nm。


圖I為本發(fā)明中所使用的二氧化硅模板球的掃描電鏡圖片；
圖2為實施例I的球形二氧化鈦納米空心結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖片；
圖3為實施例I的球形二氧化鈦納米空心結(jié)構(gòu)的X射線衍射圖片；
圖4為實施例2的球形二氧化鈦納米空心結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖片；
圖5為實施例3的球形二氧化鈦納米空心結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖片；
圖6為實施例4的球形二氧化鈦納米空心結(jié)構(gòu)的透射電鏡圖片。
具體實施例方式以下通過具體實施方式
進(jìn)一步描述本發(fā)明，由技術(shù)常識可知，本發(fā)明也可通過其它的不脫離本發(fā)明技術(shù)特征的方案來描述，因此所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或等同本發(fā)明范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。實施例I :
將粒度分布均勻，平均粒徑為85 95nm的二氧化硅(如圖I)顆粒加入40ml氟鈦酸銨((NH4)2TiF6 )水溶液中，二氧化硅與氟鈦酸銨的物質(zhì)的量之比為1:2 ;將上述溶液在60°C的保溫24h，將產(chǎn)物用蒸餾水或乙醇清洗抽濾收集，將產(chǎn)物在60°C的溫度下干燥8h，然后再在450°C下煅燒2h即得到二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu)。對本實施例產(chǎn)物(二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu))進(jìn)行電鏡掃描以觀察其微觀形貌，結(jié)果如圖2所示所得產(chǎn)物粒徑約為IOOnm左右；對本實施例產(chǎn)物進(jìn)XRD測試，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片相對應(yīng)，顆粒成分是純的二氧化鈦，如圖3所示。實施例2:
將粒度分布均勻，平均粒徑為85 95nm的二氧化硅(如圖I)顆粒加入40ml氟鈦酸銨((NH4)2TiF6 )水溶液中，二氧化硅與氟鈦酸銨的物質(zhì)的量之比為1:3 ;將上述溶液在80°C的條件下保溫6h，將產(chǎn)物用蒸餾水或乙醇清洗抽濾收集，將產(chǎn)物在60°C的溫度下干燥8h，然后再在500°C下煅燒2h即得到二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu)。
對本實施例產(chǎn)物(二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu))進(jìn)行電鏡掃描以觀察其微觀形貌，結(jié)果如圖4所示所得產(chǎn)物粒徑約為105nm左右。實施例3:
將粒度分布均勻，平均粒徑為85 95nm的二氧化硅(如圖I)顆粒加入40ml氟鈦酸銨((NH4)2TiF6 )水溶液中，二氧化硅與氟鈦酸銨的物質(zhì)的量之比為1:4 ;將上述溶液在70°C的條件下下保溫12h，將產(chǎn)物用蒸餾水或乙醇清洗抽濾收集，將產(chǎn)物在60°C的溫度下干燥8h，然后再在550°C下煅燒2h即得到二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu)。對本實施例產(chǎn)物(二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu))進(jìn)行掃描電鏡測試以觀察其微觀形貌，結(jié)果如圖5所示，所得產(chǎn)物粒徑約為300nm左右的球型結(jié)構(gòu)。實施例4:
將粒度分布均勻，平均粒徑為85 95nm的二氧化硅(如圖I)顆粒加入40ml氟鈦酸銨((NH4)2TiF6 )水溶液中，二氧化硅與氟鈦酸銨的物質(zhì)的量之比為1:2 ;將上述溶液在70°C的條件下保溫12h，將產(chǎn)物用蒸餾水或乙醇清洗抽濾收集，將產(chǎn)物在60°C的溫度下干燥8h，然后再在500°C下煅燒2h即得到二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu)。對本實施例產(chǎn)物(二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu))進(jìn)行透射電鏡掃描以觀察其微觀形貌，結(jié)果如圖6所示，所得產(chǎn)物粒徑約為350nm左右的空心球型結(jié)構(gòu)，殼層厚度約為 IOOnm0
權(quán)利要求
1.一種二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (1)將粒度分布均勻、平均粒徑為85、5nm的二氧化硅顆粒加入氟鈦酸銨((NH4)2TiF6 )水溶液中；二氧化硅與氟鈦酸銨的物質(zhì)的量之比為I :2-1 4 ； (2)將上述溶液攪拌均勻，60-80°C保溫6 24h； (3)將攪拌完成的產(chǎn)物用蒸餾水或乙醇清洗抽濾收集； (4)將收集的產(chǎn)物干燥； (5)將產(chǎn)物在45(T550°C下煅燒2h，即得到二氧化鈦空心納米微球結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述的氟鈦酸銨((NH4)2TiF6 )水溶液的濃度為0. 02、. 08mol/L。
3.如權(quán)利要求I所述的一種二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于所述二氧化鈦空心納米微球的粒徑分布范圍在IOOlOOnm之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米二氧化鈦，具體地，是一種二氧化鈦空心納米結(jié)構(gòu)的制備方法。本發(fā)明是以氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)為前軀體，以二氧化硅(SiO2)微球為模板，通過調(diào)節(jié)氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)的濃度，水熱時間和二氧化硅(SiO2)的尺寸來控制空心微球的尺寸以及殼的厚度。從而在相對低的溫度條件下，大量合成尺寸和結(jié)構(gòu)都具有高同向性的二氧化鈦(TiO2)空心納米微球結(jié)構(gòu)，解決了以往合成二氧化硅過程中的尺寸分布范圍過大的問題。本發(fā)明方法工藝簡單易控，成本低廉，適于工業(yè)化生產(chǎn)，可通過反應(yīng)條件來控制反應(yīng)物的尺寸。
文檔編號C01G23/053GK102718255SQ20121020235
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者唐華, 李文靜, 李長生 申請人:江蘇大學(xué)