一種松塔狀二氧化鈦納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種松塔狀二氧化鈦納米材料的制備方法，屬于納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明采用商業(yè)用的TiO2(P25)納米顆粒，利用水熱法合成TiO2納米帶，并以此為載體。配置好硫酸鈦溶液，將一定量的TiO2納米帶、氟化銨和尿素加入其中，攪拌均勻；將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間，然后洗滌、干燥處理后得到松塔狀TiO2納米材料。光催化甲基橙的實(shí)驗(yàn)表明，相比于TiO2納米帶，松塔狀TiO2納米材料具有更強(qiáng)的光催化活性。
【專利說(shuō)明】一種松塔狀二氧化鈦納米材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種松塔狀二氧化鈦納米材料的制備方法，該材料可作為催化劑應(yīng)用于光催化，還可作為光陽(yáng)極材料應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)電池中。
【背景技術(shù)】
[0002]TiO2納米材料是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，成本較低，安全無(wú)毒的半導(dǎo)體材料。由于其優(yōu)異的電荷傳輸性能，在光照條件下催化性高等特點(diǎn)，在光催化、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。TiO2的納米結(jié)構(gòu)，包括納米花狀、納米管、納米柱結(jié)構(gòu)等，因其不同的性能優(yōu)勢(shì)吸引了眾多的研究。不同的納米結(jié)構(gòu)受控于不同的合成方法與合成條件，如鈦化合物的水解速度、濃度，溶液的PH值等。其中，如何改變合成條件，獲得含有大量銳利邊沿及拐角的結(jié)構(gòu)，對(duì)提高TiO2光催化性能極其重要。我們利用水熱合成法，通過(guò)在反應(yīng)物中添加已具有納米結(jié)構(gòu)的TiO2納米帶作為反應(yīng)載體，利用硫酸鈦水解后的產(chǎn)物在TiO2納米帶表面的有序生長(zhǎng)，獲得了一種新的納米結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的合成方法可實(shí)現(xiàn)利用TiO2納米帶合成分布非常均勻的松塔狀TiO2納米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有大量的銳利邊緣及拐角，可以獲得優(yōu)異的光化學(xué)及光催化性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種制備松塔狀TiO2納米材料的方法，本發(fā)明提供的方法采用制備的TiO2納米帶作為反應(yīng)的載體，采用簡(jiǎn)單的一步水熱合成方法制備松塔狀TiO2納米結(jié)構(gòu)。具體的制備方法包括如下步驟:
(1)制備TiO2納米帶:
a.將P25型TiO2納米顆粒加入到NaOH水溶液中，磁力攪拌均勻，將所得混合溶液放入反應(yīng)釜中，18(T20(TC下反應(yīng)12~24小時(shí)，將所得沉淀用去離子水洗滌、抽濾，至濾液為中性，得到鈦酸鈉納米帶；
b.配制HCl溶液，將步驟a制得的鈦酸鈉納米帶浸泡于所述的HCl溶液中；
c.將步驟b所得固體產(chǎn)物用去離子水洗滌、抽濾，至濾液為中性，再經(jīng)干燥、鍛燒后，獲得TiO2納米帶;
(2)按照去離子水與硫酸鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~209Ο的體積比為7:1、: I來(lái)配置硫酸鈦溶液；再按照每30ml所配置的硫酸鈦溶液加入0.09、.12g氟化銨和3.05^3.25g尿素，攪拌至均勻；
(3)在步驟(2)所得的溶液中加入(I)中制得的TiO2納米帶，繼續(xù)攪拌至均勻；
(4)將步驟(3)所得的溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，16(T200°C下反應(yīng)6~12小時(shí)；
(5)將反應(yīng)后的沉淀用去離子水及無(wú)水乙醇洗滌至濾液為中性，然后進(jìn)行干燥處理，即得松塔狀TiO2納米材料。
[0004]所述步驟(1)制得的TiO2納米帶，長(zhǎng)度可達(dá)十幾微米，寬度為50-200納米，厚度在50納米左右；所述步驟⑴中使用的NaOH溶液液的濃度為I O mol/L，HCl溶液的濃度為0.1 mol/L,以保證反應(yīng)的完全進(jìn)行；
所述步驟(1)中的干燥溫度為5(T70°C，干燥時(shí)間為廣3小時(shí)；煅燒溫度為55(T650°C，煅燒時(shí)間為1-3小時(shí)；
所述步驟(2)中加入的氟化銨的量為:按照每30ml所配置的硫酸鈦溶液加入0.09~0.12g氟化銨；
所述步驟(2)中加入的尿素的量為:按照每30ml所配置的硫酸鈦溶液加入3.05^3.25g
尿素；
所述步驟(3)中加入的TiO2納米帶的質(zhì)量為:每使用步驟(2)的30mL溶液，加入
0.0I~0.05g步驟(1)制得的Τ?02納米帶；
所述步驟(4)中反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度為16(T200°C ；
所述步驟(4)中反應(yīng)釜的反應(yīng)時(shí)間為6~12小時(shí)；
所述步驟(5)中的干燥處理為:干燥溫度為80°C，干燥時(shí)間為12小時(shí)。
[0005]本發(fā)明的有益效果是采用商業(yè)用TiO2顆粒(P25)，首先利用水熱法合成TiO2納米帶，再以此為載體，利用水熱法合成松塔狀TiO2納米材料。水熱合成的優(yōu)勢(shì)在于可以中溫液相控制、能耗相對(duì)較低、可控性好、且在密閉的容器中進(jìn)行，污染小。利用本發(fā)明所提供的方法制備的松塔狀TiO2納米材料具有很多的銳利邊緣及拐角，可以有效提高TiO2的光化學(xué)及光催化性能。光降解實(shí)驗(yàn)表明，松塔狀TiO2納米材料對(duì)甲基橙的光催化效果強(qiáng)于TiO2納米帶。
[0006]由于松塔狀TiO2納米材料具有較大的比表面積和較強(qiáng)的光催化性能，故可廣泛應(yīng)用于光化學(xué)、鉀電池測(cè)試、染料敏化和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明實(shí)例I中合成的松塔狀TiO2納米材料的掃描電鏡圖。
[0008]圖2是本發(fā)明實(shí)例I中合成的TiO2納米帶與松塔狀TiO2納米材料的光催化降解甲基橙溶液的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明提出的一種制備松塔狀TiO2納米材料的方法可通過(guò)如下的方法實(shí)施，具體的制備方法包括如下步驟:
實(shí)施例1
(I)制備TiO2納米帶:
a.將TiO2(P25)納米顆粒加入到濃度為10 mol/L的NaOH水溶液中，磁力攪拌均勻，將所得混合溶液放入反應(yīng)釜中，180°C下反應(yīng)12小時(shí)，將所得沉淀用去離子水洗滌、抽濾，至濾液為中性；
b.配制濃度為0.lmol/L的HCl溶液，將步驟a制得的沉淀物浸泡于所述的HCl溶液
中；
c.將步驟b所得固體產(chǎn)物用去離子水洗滌、抽濾，至濾液為中性，然后在70°C的條件下干燥3小時(shí)；最后在溫度為550°C的條件下鍛燒2小時(shí)后，即獲得TiO2納米帶；(2)按照去離子水與硫酸鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~209Ο的體積比為7:1來(lái)配置硫酸鈦溶液90ml ;往所配置的硫酸鈦溶液，加入0.1llg氟化銨和3.16g尿素，攪拌至均勻；
(3)使用30mL步驟(2)中所得的溶液，加入0.01g步驟(1)中制得的TiO2納米帶，繼續(xù)攪拌至均勻；
(4)將步驟(3)所得的溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，180°C下反應(yīng)12小時(shí)；
(5)將反應(yīng)后的沉淀用去離子水及無(wú)水乙醇洗滌至濾液為中性，然后在70°C下干燥12小時(shí)，即得松塔狀TiO2納米結(jié)構(gòu)。
[0010]實(shí)施例2
(1)制備TiO2納米帶:
a.將TiO2(P25)納米顆粒加入到濃度為10 mol/L的NaOH水溶液中，磁力攪拌均勻，將所得混合溶液放入反應(yīng)釜中，190°C下反應(yīng)13小時(shí)，將所得沉淀用去離子水洗滌、抽濾，至濾液為中性；
b.配制濃度為0.lmol/L的HCl溶液，將步驟a制得的沉淀物浸泡于所述的HCl溶液
中；
c. 將步驟b所得固體產(chǎn)物用去離子水洗滌、抽濾，至濾液為中性，然后在70°C的條件下干燥3小時(shí)；最后在溫度為550°C的條件下鍛燒2小時(shí)后，即獲得TiO2納米帶；
(2)按照去離子水與硫酸鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~209Ο的體積比為8:1來(lái)配置硫酸鈦溶液90ml ;往所配置的硫酸鈦溶液,加入0.1g氟化銨和3.2g尿素，攪拌至均勻；
(3)使用30mL步驟(2)中所得的溶液，加入0.02g步驟(1)中制得的TiO2納米帶，繼續(xù)攪拌至均勻；
(4)將步驟(3)所得的溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，180°C下反應(yīng)12小時(shí)；
(5)將反應(yīng)后的沉淀用去離子水及無(wú)水乙醇洗滌至濾液為中性，然后在70°C下干燥12小時(shí)，即得松塔狀TiO2納米結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種松塔狀二氧化鈦納米材料的制備方法，其特征在于，包括步驟如下: (1)制備TiO2納米帶: a.將TiO2納米顆粒(P25)加入到NaOH水溶液中，磁力攪拌均勻，將所得混合溶液放入反應(yīng)釜中，18(T20(TC下反應(yīng)12~24小時(shí)，將所得沉淀用去離子水洗滌、抽濾，至濾液為中性，得到鈦酸鈉納米帶； b.配制HCl溶液，將步驟a制得的鈦酸鈉納米帶浸泡于所述的HCl溶液中； c.將步驟b所得固體產(chǎn)物用去離子水洗滌、抽濾，至濾液為中性，再經(jīng)干燥、鍛燒后，獲得TiO2納米帶; (2)按照去離子水:硫酸鈦溶液(15%~20%)的體積比為7:廣9:1來(lái)配置硫酸鈦溶液； (3)按照每30ml(2)所配置的硫酸鈦溶液，加入0.09~0.12g氟化銨和3.05~3.25g尿素，攪拌至均勻； (4)在步驟(3)所得的溶液中按照每30ml加入(I)中制得的TiO2納米帶0.1θ.5g，繼續(xù)攪拌至均勻； (5)將步驟(4)所得的溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，16(T200°C下水熱反應(yīng)6~12小時(shí)； (6)將(5)中反應(yīng)后得到的沉淀用去離子水及無(wú)水乙醇洗滌至濾液為中性，然后進(jìn)行干燥處理，即得松塔狀TiO2納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備松塔狀TiO2納米材料的方法，其特征在于，步驟(2)中所用去離子水與硫酸鈦溶液( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~209Ο的體積比為7:廣9:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備松塔狀TiO2納米材料的方法，其特征在于，步驟(3)中加入的氟化銨和尿素的質(zhì)量按照:每30ml步驟(2)所配置的硫酸鈦溶液，加入0.09、.12g氟化銨和3.05^3.25g尿素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備松塔狀TiO2納米材料的方法，其特征在于，步驟(5)中溶液在反應(yīng)釜中的反應(yīng)條件為16(T20 0°C下反應(yīng)6~12小時(shí)。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK103880072SQ201410108304
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】李美成, 陳杰威, 姜永健, 崔鵬, 謝碧霞 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)