一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法。該方法是將液相鈦源加入到一定濃度的鹽酸或氫氧化鈉溶液中，快速攪拌使其混合均勻。然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中進行水熱反應(yīng)。水熱反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀產(chǎn)物進行洗滌干燥處理，得到二氧化鈦或鈦酸鹽納米材料產(chǎn)物。通過控制鹽酸或氫氧化鈉溶液的濃度，可以達到調(diào)控產(chǎn)物晶型與形貌的目的。若產(chǎn)物為鈦酸鹽，可通過酸洗滌并進行焙燒處理的方法，對產(chǎn)物晶型與形貌進行進一步調(diào)控。該制備方法工藝和流程簡便，參數(shù)可調(diào)范圍寬，可重復(fù)性強，成本低，可以制備多種不同晶型的二氧化鈦或鈦酸鹽產(chǎn)物。
【專利說明】一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法，特別是涉及一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法，屬于無機納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在納米材料研究領(lǐng)域中，鈦基納米材料(二氧化鈦、鈦酸鹽等)的制備與性能研究具有極為重要的意義。二氧化鈦納米材料具有光催化性能優(yōu)異、高的化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性、成本低廉等優(yōu)點，可用于空氣凈化、污水處理、抗菌、防霧自清潔、太陽能電池等諸多領(lǐng)域。而鈦酸鹽納米材料由于其獨特的層狀結(jié)構(gòu)，因而具有離子可交換性，可用于鋰離子電池，催化氧化，離子吸附，抗菌涂料，安培電流計，隔熱材料等等方面。而且，在特定的條件下，二氧化鈦和鈦酸鹽可以實現(xiàn)晶型的相互轉(zhuǎn)變。
[0003]通過人工手段有效地控制納米材料的晶型結(jié)構(gòu)、尺寸和形貌對于納米科技的發(fā)展來說具有深遠(yuǎn)的意義。特別是對于二氧化鈦和鈦酸鹽納米材料來說，其電子傳導(dǎo)性能、光催化能力等等物化特性強烈地依賴于其晶型、尺寸、形貌和微結(jié)構(gòu)等特征。因此，近年來世界各國都投入了巨大的科技力量對鈦基納米材料的晶型與形貌的控制合成進行研究。
[0004]然而，在同一實驗體系中，通過調(diào)控一種實驗條件，就能夠人工可控地獲得多種(五種或以上 )不同晶型不同形貌鈦基納米材料的制備方法尚無報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法。
[0006]一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)將液相鈦源加入到鹽酸，或氫氧化鈉溶液中，快速攪拌使其混合均勻；然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在170~200°C下水熱反應(yīng)12~48小時；水熱反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀產(chǎn)物進行洗滌和干燥處理，得到二氧化鈦，或鈦酸鹽納米材料產(chǎn)物；
(2)通過控制鹽酸或氫氧化鈉溶液的濃度，得到不同產(chǎn)物晶型與形貌；當(dāng)反應(yīng)液為鹽酸且濃度大于I摩爾/升時，產(chǎn)物為金紅石型二氧化鈦納米棒；當(dāng)反應(yīng)液為鹽酸且濃度在
0.05~I摩爾/升之間時，產(chǎn)物為銳鈦礦型二氧化鈦納米晶粒和金紅石型二氧化鈦納米棒的復(fù)合物；當(dāng)反應(yīng)液為鹽酸且濃度小于0.05摩爾/升，或為氫氧化鈉且濃度小于0.1摩爾/升時，產(chǎn)物為銳鈦礦型二氧化鈦納米晶粒；當(dāng)反應(yīng)液為氫氧化鈉且濃度為0.1摩爾/升時，產(chǎn)物為板鈦礦型二氧化鈦納米花；當(dāng)反應(yīng)液為氫氧化鈉且濃度在0.1~0.5摩爾/升之間時，產(chǎn)物為板鈦礦型二氧化鈦納米花和鈦酸鈉納米片的復(fù)合物；當(dāng)反應(yīng)液為氫氧化鈉且濃度在0.5~7摩爾/升之間時，產(chǎn)物為鈦酸鈉納米片；當(dāng)反應(yīng)液為氫氧化鈉且濃度大于7摩爾/升時，產(chǎn)物為鈦酸鈉納米線；
(3)產(chǎn)物為鈦酸鹽納米片或納米線時，可通過酸洗滌并進行焙燒處理的方法，對產(chǎn)物晶型與形貌進行進一步調(diào)控；將鈦酸鹽加入到稀酸中進行攪拌處理6~24小時，即可得到鈦酸納米片或鈦酸納米線；將鈦酸納米片在300~600度下焙燒處理2~6小時，可以得到銳鈦礦納米晶粒；將鈦酸鈉米線在300~600度下焙燒處理2~6小時，可以得到B晶型二氧化鈦納米線。
[0007]步驟(1)中所述的液相鈦源為是鈦酸正四丁酯、鈦酸異丙酯、鈦酸四乙酯中的一種或其組合。
[0008]步驟(1)中所述的液相鈦源加入體積與反應(yīng)溶液總體積比為5:100~30:100。
[0009]步驟(1)中所述的鹽酸濃度為O~6摩爾/升，所述的氫氧化鈉濃度在0-12摩爾
/升之間。
[0010]步驟(3)中所述的用于洗滌的稀酸為稀鹽酸、稀硝酸、稀硫酸中的一種或其中，稀酸的濃度為0.01~0.2摩爾/升。
[0011]通過控制鹽酸或氫氧化鈉溶液的濃度，可以獲得等金紅石型二氧化鈦納米棒、銳鈦礦型二氧化鈦納米晶粒、板鈦礦型二氧化鈦納米花、鈦酸鈉納米片、鈦酸鈉納米線等一系列不同晶型不同形貌的鈦基納米材料產(chǎn)物。若產(chǎn)物為鈦酸鈉納米片或納米線，可通過酸洗滌的方法，獲得相應(yīng)的鈦酸納米片或納米線；將鈦酸納米片或納米線進一步進行焙燒處理，可以分別獲得銳鈦礦納米晶?；駼晶型二氧化鈦納米線。本發(fā)明采用的制備方法簡便易行，參數(shù)可調(diào)范圍寬，可重復(fù)性強，成本低，可以制備五種以上不同晶型的二氧化鈦或鈦酸鹽產(chǎn)物。該制備方法工藝和流程簡便，參數(shù)可調(diào)范圍寬，可重復(fù)性強，成本低，可以制備多種不同晶型的二氧化鈦或鈦酸鹽產(chǎn)物。
【專利附圖】

【附圖說明】
`[0012]圖1:由下述實施例制得目標(biāo)物的X射線粉末衍射圖譜。
[0013](a)實施例1制得的金紅石型二氧化鈦；(b)實施例2制得的銳鈦礦型二氧化鈦；(c)實施例3制得的板鈦礦型二氧化鈦；(d)實施例4制得的鈦酸鈉；(e)實施例5制得的鈦酸鈉；(f)實施例6制得的B晶型二氧化鈦。
[0014]圖2:由下述實施例制得目標(biāo)物的掃描電子顯微鏡圖片。
[0015](a)實施例1制得的金紅石型二氧化鈦納米棒；(b)實施例2制得的銳鈦礦型二氧化鈦納米晶粒；(c)實施例3制得的板鈦礦型二氧化鈦納米花；(d)實施例4制得的鈦酸鈉納米片；(e)實施例5制得的鈦酸鈉納米線；(f)實施例6制得的B晶型二氧化鈦納米線。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步闡述，其目的僅在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。因此，所舉之例并不限制本發(fā)明的保護范圍。
[0017]實施例1:
將9毫升鈦酸正四丁酯加入到65毫升濃度為3摩爾/升的鹽酸中，攪拌均勻。然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在453K下反應(yīng)24小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，直到洗滌液的PH呈中性，然后進行干燥處理，得到目標(biāo)物鈦基納米材料。
[0018]X射線粉末衍射表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為金紅石晶型；掃描電子顯微鏡表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為納米棒形貌，納米棒的直徑大約為40納米，長度在300-500納米之間。
[0019]實施例2:
將15毫升鈦酸異丙酯加入到100毫升濃度為0.01摩爾/升的鹽酸中，攪拌均勻。然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在463Κ下反應(yīng)36小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，直到洗滌液的PH呈中性，然后進行干燥處理，得到目標(biāo)物鈦基納米材料。
[0020]X射線粉末衍射表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為銳鈦礦晶型；掃描電子顯微鏡表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為單分散的納米晶粒，晶粒尺寸大約為10納米左右。
[0021]實施例3:
將8毫升鈦酸四乙酯加入到60毫升濃度為0.1摩爾/升的氫氧化鈉溶液中，攪拌均勻。然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在453Κ下反應(yīng)48小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，直到洗滌液的PH呈中性，然后進行干燥處理，得到目標(biāo)物欽基納米材料。
[0022]X射線粉末衍射表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為板鈦礦晶型；掃描電子顯微鏡表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為納米花形貌。納米花由納米棒所組成，每朵納米花兩端為放射狀的多級結(jié)構(gòu)花瓣，納米花的中部為納米棒團聚體。每個納米花簇的長度(花瓣伸展方向)尺寸大約在I微米左右，但納米棒末梢的直徑僅有50納米左右。
[0023]實施例4:
將20毫升鈦酸異丙酯加入到120毫升濃度為I摩爾/升的氫氧化鈉溶液中，攪拌均勻。然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在443Κ下反應(yīng)12小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，直到洗滌液的PH呈中性，然后進行干燥處理，得到目標(biāo)物欽基納米材料。
[0024]X射線粉末衍射表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為鈦酸鈉；掃描電子顯微鏡表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為納米片形貌，大多數(shù)納米片的長和寬大約為幾百納米。
[0025]實施例5:
將5毫升鈦酸正四丁酯加入到90毫升濃度為8摩爾/升的氫氧化鈉溶液中，攪拌均勻。然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在453Κ下反應(yīng)36小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，直到洗滌液的PH呈中性，然后進行干燥處理，得到目標(biāo)物欽基納米材料。
[0026]X射線粉末衍射表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為鈦酸鈉；掃描電子顯微鏡表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為納米線形貌，納米線的直徑在70納米左右，長度有幾百納米，甚至達到微米級。
[0027]實施例6:
將7毫升鈦酸四乙酯加入到70毫升濃度為10摩爾/升的氫氧化鈉溶液中，攪拌均勻。然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在453Κ下反應(yīng)24小時。反應(yīng)結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用稀硝酸和去離子水洗滌，然后在0.1摩爾/升的稀硝酸中進行24小時的攪拌處理。結(jié)束后將沉淀產(chǎn)物用去離子水洗滌，直到洗滌液的PH呈中性，然后進行干燥處理。將干燥處理之后的產(chǎn)物在400度下焙燒處理4小時，得到目標(biāo)物鈦基納米材料。
[0028]X射線粉末衍射表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為B晶型二氧化鈦；掃描電子顯微鏡表征結(jié)果顯示，所制得鈦基納米材料為納米線形貌，納米線的直徑在70納米左右，長度有幾百納米， 甚至達到微米級。
【權(quán)利要求】
1.一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將液相鈦源加入到鹽酸，或氫氧化鈉溶液中，快速攪拌使其混合均勻；然后將懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，在170~200°C下水熱反應(yīng)12~48小時；水熱反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀產(chǎn)物進行洗滌和干燥處理，得到二氧化鈦，或鈦酸鹽納米材料產(chǎn)物； (2)通過控制鹽酸或氫氧化鈉溶液的濃度，得到不同產(chǎn)物晶型與形貌；當(dāng)反應(yīng)液為鹽酸且濃度大于1摩爾/升時，產(chǎn)物為金紅石型二氧化鈦納米棒；當(dāng)反應(yīng)液為鹽酸且濃度在0.05~I摩爾/升之間時，產(chǎn)物為銳鈦礦型二氧化鈦納米晶粒和金紅石型二氧化鈦納米棒的復(fù)合物；當(dāng)反應(yīng)液為鹽酸且濃度小于0.05摩爾/升，或為氫氧化鈉且濃度小于0.1摩爾/升時，產(chǎn)物為銳鈦礦型二氧化鈦納米晶粒；當(dāng)反應(yīng)液為氫氧化鈉且濃度為0.1摩爾/升時，產(chǎn)物為板鈦礦型二氧化鈦納米花；當(dāng)反應(yīng)液為氫氧化鈉且濃度在0.1~0.5摩爾/升之間時，產(chǎn)物為板鈦礦型二氧化鈦納米花和鈦酸鈉納米片的復(fù)合物；當(dāng)反應(yīng)液為氫氧化鈉且濃度在0.5~7摩爾/升之間時，產(chǎn)物為鈦酸鈉納米片；當(dāng)反應(yīng)液為氫氧化鈉且濃度大于7摩爾/升時，產(chǎn)物為鈦酸鈉納米線； (3)產(chǎn)物為鈦酸鹽納米片或納米線時，可通過酸洗滌并進行焙燒處理的方法，對產(chǎn)物晶型與形貌進行進一步調(diào)控；將鈦酸鹽加入到稀酸中進行攪拌處理6~24小時，即可得到鈦酸納米片或鈦酸納米線；將鈦酸納米片在300~600度下焙燒處理2~6小時，可以得到銳鈦礦納米晶粒；將鈦酸鈉米線在300~600度下焙燒處理2~6小時，可以得到B晶型二氧化鈦納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的液相鈦源為是鈦酸正四丁酯、鈦酸異丙酯、鈦酸四乙酯中的一種或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的液相鈦源加入體積與反應(yīng)溶液總體積比為5:100~30:100。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的鹽酸濃度為O~6摩爾/升，所述的氫氧化鈉濃度在O~12摩爾/升之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種控制鈦基納米材料產(chǎn)物晶型與形貌的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述的用于洗滌的稀酸為稀鹽酸、稀硝酸、稀硫酸中的一種或其中，稀酸的濃度為0.01~0.2摩爾/升。
【文檔編號】C01G23/053GK103803644SQ201210456122
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】趙斌, 陳超, 林琳, 曾琦琪, 何丹農(nóng) 申請人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司