一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法，首先在容器中加入一定量的乙酸，再加入丁二酸，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。該二氧化鈦納米棒，其晶型為銳鈦礦型形貌是一維納米棒狀，本發(fā)明所制備的銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒具有尺寸可控、制備過程簡(jiǎn)單和成本低廉等特點(diǎn)。該銳鈦礦相二氧化鈦納米棒為可以作為染料敏化太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池的工作電極材料。
【專利說明】一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化鈦納米棒的合成方法；尤其涉及一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法。
【背景技術(shù)】:[0002]能源與環(huán)境是21世紀(jì)科學(xué)研究的兩大主題。解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的能源短缺和環(huán)境污染問題是提高人民生活質(zhì)量、保障國家安全和實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要?；谔柲芾玫碾姵丶夹g(shù)在解決能源和環(huán)境問題方面具有巨大的應(yīng)用潛力。TiO2因其價(jià)格低廉、氧化能力強(qiáng)(具有普適性)、具有生物以及化學(xué)惰性(環(huán)保、無二次污染)、高效穩(wěn)定(抗光腐蝕和化學(xué)腐蝕，是最有可能產(chǎn)業(yè)化的新型太陽能電池材料。
[0003]二氧化鈦的晶型主要有銳鈦型和金紅石型兩種，銳鈦型是一個(gè)熱不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在大約800°C可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型，而且這一晶型的轉(zhuǎn)化是不可逆的。金紅石型是一個(gè)熱穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不會(huì)隨溫度變化而改變。這兩種晶型結(jié)構(gòu)均由相互連接的TiO6八面體構(gòu)成，兩者的差別在于八面體的畸變程度和八面體間的相互連接方式不同，金紅石型的八面體是不規(guī)則的，微顯斜方晶，銳鈦型的八面體呈明顯的斜方晶畸變，其對(duì)稱性低于金紅石型。金紅石型的每個(gè)八面體與周圍10個(gè)八面體相連(其中兩個(gè)共邊，八個(gè)共頂角)，而銳鈦型的每個(gè)八面體與周圍8個(gè)八面體相連(其中四個(gè)共邊，四個(gè)共頂角)，這些結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致了這兩種晶型不同的質(zhì)量密度及電子能帶結(jié)構(gòu)。銳鈦型的質(zhì)量密度(3.894g.cm_3)略小于金紅石型(4.250g.cm_3)，而帶隙(3.2eV)則略大于金紅石型(3.0eV)。金紅石型二氧化鈦對(duì)氧分子的吸附能力差，比表面積較小，因而光生電子和空穴容易復(fù)合，從而使其光性能受到一定影響(引自Angew.Chem.1nt.Ed.2012, 51，2727 - 2730)。而微結(jié)構(gòu)是納米棒的銳鈦型二氧化鈦，在電池傳輸上有良好的特性，并且銳鈦礦晶體結(jié)構(gòu)對(duì)光照有著很好的折射和吸收作用，但是目前來看，弱酸水熱體系中沒有科技文獻(xiàn)報(bào)告銳鈦型二氧化鈦的納米棒?，F(xiàn)在我們?cè)谶@里創(chuàng)造性的報(bào)道一種弱酸體系中合成的銳鈦型二氧化鈦的納米棒。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供了一種操作簡(jiǎn)單、低成本的銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法。在弱酸體系中首次合成銳鈦型二氧化鈦的納米棒，填補(bǔ)了目前本領(lǐng)域中的技術(shù)空白。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法，其特征在于二氧化鈦納米棒形狀呈粗棒狀，合成的產(chǎn)物的晶型為銳鈦礦型，具體步驟如下:
[0006](I)首先在容器中加入乙酸，再加入丁二酸，溶解，
[0007](2)然后在上述溶液中加入氮氮二甲基乙酰胺，溶解，得混合溶液；
[0008](3)最后在混合溶液中加入的鈦源，混合后加入到水熱反應(yīng)釜中，加熱反應(yīng)；
[0009](4)反應(yīng)結(jié)束后，離心干燥得到二氧化鈦納米棒。
[0010]優(yōu)選步驟(1)中所述的乙酸和丁二酸的質(zhì)量比為8: (1-5);步驟(2)中氮氮二甲基乙酰胺的加入質(zhì)量與乙酸的質(zhì)量比為(1-4):1 ;步驟(3)中鈦源的加入質(zhì)量與乙酸的質(zhì)量比為為(1-20):8o
[0011]優(yōu)選上述的鈦源為鈦酸四丁酯、四氯化鈦或異丙醇鈦。
[0012]優(yōu)選步驟(3)中加熱反應(yīng)的溫度為140_180°C ;加熱反應(yīng)的時(shí)間為12_60小時(shí)。
[0013]有益效果:
[0014]本發(fā)明所制備的銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒具有尺寸可控、制備過程簡(jiǎn)單和成本低廉等特點(diǎn)。通過調(diào)節(jié)發(fā)明工藝可以得到不同尺寸的銳鈦礦相二氧化鈦納米棒并以此可以調(diào)控染料敏化太陽能電池、量子點(diǎn)太陽能電池和光催化的反應(yīng)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0015]圖1:為實(shí)施例1所制備的納米棒材料的SEM圖；
[0016]圖2:為實(shí)施例2所制備的納米棒材料的SEM圖；
[0017]圖3:為實(shí)施例3所制備的納米棒材料的SEM圖；
[0018]圖4為實(shí)施例1，2，3所制備的納米棒材料的XRD圖，其中a代表實(shí)施例1，b代表實(shí)施例2，c代表實(shí)施例3。
【具體實(shí)施方式】:
[0019]實(shí)施例1
[0020]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸lg，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺Sg，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯lg，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在140°C度下反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng)300nm。其制備的樣品SEM圖如圖1所示，從圖中可以看出該納米棒結(jié)構(gòu)完整，表面均一。所制材料的XRD圖如圖4中的a線所示，可以得出所得到的的產(chǎn)物為銳鈦礦型晶體。
[0021]實(shí)施例2
[0022]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺30g，超聲攪拌，最后加入異丙醇鈦20g，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在180°C度下反應(yīng)60h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng)400nm。其制備的樣品SEM圖如圖2所不，從圖中可以看出該納米棒結(jié)構(gòu)完整，表面均一。所制材料的XRD圖如圖4中的b線所示，可以得出所得到的的產(chǎn)物為銳鈦礦型晶體。
[0023]實(shí)施例3
[0024] 首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸lg，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺30g，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯20g，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在140°C度下反應(yīng)60h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng)500nm。其制備的樣品SEM圖如圖3所示，從圖中可以看出改納米棒結(jié)構(gòu)完整，表面均一。其XRD圖如圖4中的c線所示，可以得出所得到的的產(chǎn)物為銳鈦礦型晶體。
[0025]實(shí)施例4
[0026]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺Sg，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯lg，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在140°C度下反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng) 200nm。
[0027]實(shí)施例5
[0028]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺20g，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯15g，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在160°C度下反應(yīng)50h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng)1700nm。
[0029]實(shí)施例6
[0030]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺23g，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯10g，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在180°C度下反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng)700nm。
[0031]實(shí)施例7
[0032]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺23g，超聲攪拌，最后加入四氯化鈦10g，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在180°C度下反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng) 5300nm。 [0033]實(shí)施例8
[0034]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺20g，超聲攪拌，最后加入四氯化鈦15g，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在160°C度下反應(yīng)50h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng) 1700nm。
[0035]實(shí)施例9
[0036]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺Sg，超聲攪拌，最后加入四氯化鈦lg，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在140°C度下反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng) 6200nm。
[0037]實(shí)施例10
[0038]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺20g，超聲攪拌，最后加入異丙醇鈦15g，混合均勻后加入到水熱反應(yīng)釜中，放入烘箱在160°C度下反應(yīng)50h，反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長(zhǎng) 1700nm。
【權(quán)利要求】
1.一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法，其具體步驟如下: (1)首先在容器中加入乙酸，再加入丁二酸，溶解， (2)然后在上述溶液中加入氮氮二甲基乙酰胺，溶解，得混合溶液； (3)最后在混合溶液中加入的鈦源，混合后加入到水熱反應(yīng)釜中，加熱反應(yīng)； (4)反應(yīng)結(jié)束后，離心干燥得到二氧化鈦納米棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于步驟(1)中所乙酸和丁二酸的質(zhì)量比為8: (1-5);步驟(2)中氮氮二甲基乙酰胺的加入質(zhì)量與乙酸的質(zhì)量比為(1-4):1 ;步驟(3)中鈦源的加入質(zhì)量與乙酸的質(zhì)量比為為(1-20):8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的鈦源為鈦酸四丁酯、四氯化鈦或異丙醇鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于步驟(3)中加熱反應(yīng)的溫度為140-1800C ;加熱反應(yīng)的時(shí)間為12-60小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C01G23/053GK103864141SQ201410105505
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】暴寧鐘, 查晨陽, 王仙, 吉成, 沈麗明, 張曉艷 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)