一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法
【專利摘要】一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，涉及一種納米材料的制備方法；其制備方法為，先制備出氟和鈦的摩爾比為4:1-15:1的前驅(qū)體水溶液，所制備的前驅(qū)體水溶液加入到反應(yīng)釜中，在180℃保溫孵化12小時后自然冷卻至室溫，得到反應(yīng)物；反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次并將水抽干后，置于真空干燥箱中80℃干燥8小時后取出；將所得濾餅置于瓷舟中，在馬弗爐中450℃煅燒3小時后自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為表面納米刻蝕的二氧化鈦微球。本發(fā)明所制備的二氧化鈦微球，由表面輕微納米刻蝕痕跡的二氧化鈦納米片組成，為純銳鈦礦相二氧化鈦，表面積大，粒徑為0.8-2.6μm。
【專利說明】一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納米材料，具體的說是一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鈦以其資源豐富、安全無毒、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)受到研究者的廣泛關(guān)注，已在 功能陶瓷、氣體傳感器、光催化等領(lǐng)域得到廣泛研究與應(yīng)用，同時也是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ?太陽能電池和鋰離子電池的電極材料。然而，結(jié)構(gòu)簡單以及塊狀的二氧化鈦不能充分發(fā)揮 其性能以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。制備功能化并具有特定結(jié)構(gòu)和大比表面積的二氧化鈦，對 改善與提高其性能具有重要意義。研究表明，分等級結(jié)構(gòu)空心球形二氧化鈦具有低密度、高 比表面積、更好的表面通透性、更高的光利用率等優(yōu)異的理化特性，因此，制備分等級二氧 化鈦空心微球具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 目前，二氧化鈦空心微球的制備方法大多依賴于模板法(軟模板和硬模板)。模板 法雖然容易控制微球的粒徑和介孔的尺寸，但模板的制備以及后續(xù)的模板去除無疑會增加 材料制備的成本和工藝的難度。此外，對于具有含特定晶面的材料制備而言，模板劑的加入 會影響晶體生長的取向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為解決上述技術(shù)問題的不足，提供一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微 球的制備方法，其具有制備方法簡單，所制備的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球表面積大，粒 徑為0.8-2. 6 μ m，具有較強(qiáng)的光催化活性。
[0005] -種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其制備方法包括以下步驟： 步驟一、將鈦鹽加入水中制備出鈦鹽水溶液；在鈦鹽水溶液中加入含氟試劑，使所得混 合溶液中的氟和鈦的摩爾比為4:1-15:1,即為前驅(qū)體水溶液,備用； 所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；所述鈦鹽為硫酸氧鈦。
[0006] 步驟二、取上述步驟一所制備的前驅(qū)體水溶液加入到反應(yīng)釜中，在180°C保溫孵化 12小時后自然冷卻至室溫，得到反應(yīng)物，備用； 步驟三、將上述步驟二的反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次并將水抽干 后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小時后取出，備用； 所述洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，并震蕩，使濾餅懸??；然后 以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗漆。
[0007] 步驟四、將所得濾餅置于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時后自然冷卻至室 溫，所得白色粉末，即為表面納米刻蝕的二氧化鈦微球。
[0008] 有益效果是： 本發(fā)明表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，方法簡單，成本低廉，所制備出的二 氧化鈦微球由表面輕微納米刻蝕痕跡的二氧化鈦納米片組成，為純銳鈦礦相二氧化鈦，表 面積大，粒徑為0. 8-2. 6 μ m ;可通過調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)氟與鈦的摩爾比調(diào)控二氧化鈦微球的 形貌特征，其比例增大二氧化鈦微球的粒徑增大，并且表面輕微納米刻蝕痕跡的二氧化鈦 納米片越大；形貌控制是基于體系內(nèi)F離子對銳鈦礦二氧化鈦晶面的腐蝕/保護(hù)競爭作用 機(jī)理，表面F離子的低覆蓋率以腐蝕機(jī)理為主，高覆蓋率則以保護(hù)機(jī)理為主。另外，本發(fā)明 所制備出的面納米刻蝕的二氧化鈦微球，表面裸漏晶面的銳鈦礦二氧化鈦較普通銳鈦礦二 氧化鈦的光催化活性高，可作為新的光催化材料，具有較好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所制備的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的Sffl照片； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所制備的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的SEM照片； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例3所制備的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的SEM照片； 圖4為實(shí)施例3制得的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球經(jīng)450°C煅燒后的光催化降解甲 基橙曲線圖； 圖5為實(shí)施例3制得的樣品經(jīng)450°C煅燒后的XRD譜線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其制備方法包括以下步驟： 步驟一、將鈦鹽加入水中制備出鈦鹽水溶液；在鈦鹽水溶液中加入含氟試劑，使所得混 合溶液中的氟和鈦的摩爾比為4:1-15:1,即為前驅(qū)體水溶液,備用； 所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；所述鈦鹽為硫酸氧鈦。
[0011] 步驟二、按照前驅(qū)體水溶液體積和反應(yīng)釜的容積比為7:10取上述步驟一所制備 的前驅(qū)體水溶液加入到反應(yīng)釜中，在180°C保溫孵化12小時后自然冷卻至室溫，得到反應(yīng) 物，備用； 步驟三、將上述步驟二的反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次并將水抽干 后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小時后取出，備用； 所述洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，并震蕩，使濾餅懸?。蝗缓?以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗漆。
[0012] 步驟四、將所得濾餅置于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時后自然冷卻至室 溫，所得白色粉末，即為表面納米刻蝕的二氧化鈦微球； 實(shí)施例1 一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其制備方法包括以下步驟： 步驟一、將鈦鹽加入水中制備出鈦鹽水溶液；在鈦鹽水溶液中加入含氟試劑，使所得混 合溶液中的氟和鈦的摩爾比為4:1-15:1,即為前驅(qū)體水溶液,備用； 所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；所述鈦鹽為硫酸氧鈦。
[0013] 步驟二、按照前驅(qū)體水溶液體積和反應(yīng)釜的容積比為7:10取上述步驟一所制備 的前驅(qū)體水溶液加入到反應(yīng)釜中，在180°C保溫孵化12小時后自然冷卻至室溫，得到反應(yīng) 物，備用； 步驟三、將上述步驟二的反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次并將水抽干 后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小時后取出，備用； 所述洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，并震蕩，使濾餅懸??；然后 以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗漆。
[0014] 步驟四、將所得濾餅置于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時后自然冷卻至室 溫，所得白色粉末，即為表面納米刻蝕的二氧化鈦微球。由圖1可知，所制備的微球由表面 納米刻蝕的花狀薄片組成，微球粒徑為〇. 8-1. 2 μ m。
[0015] 實(shí)施例2 一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其制備方法包括以下步驟： 步驟一、將鈦鹽加入水中制備出鈦鹽水溶液；在鈦鹽水溶液中加入含氟試劑，使所得混 合溶液中的氟和鈦的摩爾比為4:1-15:1,即為前驅(qū)體水溶液,備用； 所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；所述鈦鹽為硫酸氧鈦。
[0016] 步驟二、按照前驅(qū)體水溶液體積和反應(yīng)釜的容積比為7:10取上述步驟一所制備 的前驅(qū)體水溶液加入到反應(yīng)釜中，在180°C保溫孵化12小時后自然冷卻至室溫，得到反應(yīng) 物，備用； 步驟三、將上述步驟二的反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次并將水抽干 后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小時后取出，備用； 所述洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，并震蕩，使濾餅懸浮；然后 以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗漆。
[0017] 步驟四、將所得濾餅置于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時后自然冷卻至室 溫，所得白色粉末，即為表面納米刻蝕的二氧化鈦微球。由圖2可知所制備的微球由表面輕 微納米刻蝕痕跡的二氧化鈦納米片組成，粒徑約為2. 0-2. 5 μ m。
[0018] 實(shí)施例3 一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其制備方法包括以下步驟： 步驟一、將鈦鹽加入水中制備出鈦鹽水溶液；在鈦鹽水溶液中加入含氟試劑，使所得混 合溶液中的氟和鈦的摩爾比為4:1-15:1,即為前驅(qū)體水溶液,備用； 所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；所述鈦鹽為硫酸氧鈦。
[0019] 步驟二、按照前驅(qū)體水溶液體積和反應(yīng)釜的容積比為7:10取上述步驟一所制備 的前驅(qū)體水溶液加入到反應(yīng)釜中，在180°C保溫孵化12小時后自然冷卻至室溫，得到反應(yīng) 物，備用； 步驟三、將上述步驟二的反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次并將水抽干 后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小時后取出，備用； 所述洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，并震蕩，使濾餅懸??；然后 以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗漆。
[0020] 步驟四、將所得濾餅置于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時后自然冷卻至室 溫，所得白色粉末，即為表面納米刻蝕的二氧化鈦微球，由圖3可知所制備的微球由表面納 米刻蝕的二氧化鈦納米片組成，粒徑約為2. 3-2. 6 μ m。將所制備的表面納米刻蝕的二氧 化鈦微球進(jìn)行光催化活性檢測，得到其經(jīng)450°C煅燒后的光催化降解甲基橙曲線，由圖4可 知，制備產(chǎn)品顯示出較強(qiáng)的光催化活性和較高的光催化效率，相同條件下降解甲基橙1小 時，本發(fā)明所得產(chǎn)品較商業(yè)化的P25粉的光催化高17倍。由圖5實(shí)施例3制得的表面納米 刻蝕的二氧化鈦微球經(jīng)450°C煅燒后的XRD譜線圖可知，所制備的表面納米刻蝕的二氧化 鈦微球?yàn)榧冧J鈦礦相二氧化鈦。
【權(quán)利要求】
1. 一種表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其特征在于：其制備方法包括以下 步驟： 步驟一、將鈦鹽加入水中制備出鈦鹽水溶液；在鈦鹽水溶液中加入含氟試劑，使所得混 合溶液中的氟和鈦的摩爾比為4:1-15:1,即為前驅(qū)體水溶液,備用； 步驟二、取上述步驟一所制備的前驅(qū)體水溶液加入到反應(yīng)釜中，在180°C保溫孵化12 小時后自然冷卻至室溫，得到反應(yīng)物，備用； 步驟三、將上述步驟二的反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次并將水抽干 后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小時后取出，備用； 步驟四、將所得濾餅置于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時后自然冷卻至室溫，所 得白色粉末，即為表面納米刻蝕的二氧化鈦微球。
2. 如權(quán)利要求1所述的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其特征在于：所述 鈦鹽為硫酸氧鈦。
3. 如權(quán)利要求1所述的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其特征在于：所述 步驟三中濾餅的洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，并震蕩，使濾餅懸 ?。蝗缓笠?000r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗 滌。
4. 如權(quán)利要求1所述的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球的制備方法，其特征在于：所述 含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液。
【文檔編號】B82Y30/00GK104118907SQ201410355065
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】雷建飛, 杜凱, 倪靜, 魏榮慧, 張少峰, 李立本 申請人:河南科技大學(xué)