本發(fā)明具體涉及一種金屬氧化物納米球的制備方法。

背景技術(shù)：

納米技術(shù)是當(dāng)前人類前沿科學(xué)的熱點(diǎn)，納米材料由于其小尺寸、高表面能和大比表面積等特點(diǎn)，使得它們表現(xiàn)出常規(guī)塊體材料所不具備的一些特殊性質(zhì)，比如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。金屬氧化物納米材料可應(yīng)用于催化劑、精細(xì)陶瓷、復(fù)合材料、磁性材料、熒光材料、濕敏性傳感器及紅外吸收材料，在化工、電子、食品、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。為此，金屬氧化物納米材料的制備技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，科技工作者已研發(fā)出多種多樣的金屬氧化物納米材料制備方法，從生成環(huán)境上大體上可分為固相法、液相法和氣相法，具體到技術(shù)應(yīng)用，又包括溶膠-凝膠法、醇鹽水解法、強(qiáng)制水解法、溶液的氣相分解法、濕化學(xué)合成法、微乳液法、激光技術(shù)、微波輻射技術(shù)、超聲技術(shù)、交流電沉積技術(shù)、超臨界流體干燥技術(shù)、非水溶劑水熱技術(shù)等等。然而，現(xiàn)有技術(shù)存在反應(yīng)試劑有毒有害、成本高、操作工序復(fù)雜、生成物不穩(wěn)定等缺陷，限制其進(jìn)一步推廣應(yīng)用，特別是材料量產(chǎn)的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種金屬氧化物納米球的制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種金屬氧化物納米球的制備方法，包括以下內(nèi)容：在一電解槽中，陽極為pt片，陰極為金屬絲，電解液采用高導(dǎo)電性鹽溶液，陽極和陰極浸入電解液的面積比為陽極：陰極＝20：1；

采用連續(xù)可調(diào)的大功率直流穩(wěn)壓電源，通過逐步加大電壓，在陰極形成等離子放電，同時在溶液中形成沉淀物，將沉淀物進(jìn)行提純，即得到金屬氧化物納米球。

進(jìn)一步地，所述陰極為所述金屬氧化物納米球所對應(yīng)的金屬材料。

進(jìn)一步地，所述電解液為3mol/l的nh4no3溶液。

進(jìn)一步地，所述直流穩(wěn)壓電源的電壓在0-200v之間可進(jìn)行連續(xù)調(diào)整，最大電流為10a。

進(jìn)一步地，所述通過逐步加大電壓，在陰極形成等離子放電，具體為：

電壓從開路電壓值開始，以1v/s的速率增加，最后將端電壓穩(wěn)定在100v進(jìn)行放電。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：無有毒有害化學(xué)試劑參與，成本低廉，操作簡單，材料產(chǎn)率高，可拓展性強(qiáng)，在工業(yè)量產(chǎn)中應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1是本發(fā)明中電解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中tio2納米球整體(a)和直徑為2.7μm單一顆粒(b)的sem圖。

圖3是本發(fā)明中tio2納米球的xrd圖。

圖4是本發(fā)明中tio2納米球的edx圖譜。

具體實(shí)施方式

請參閱圖1所示，一種鈦氧化物納米球的制備方法，由一個大功率直流穩(wěn)壓電源和一個電解槽組成電解裝置，電源的電壓可在0-200v之間進(jìn)行連續(xù)調(diào)整，最大可承受電流為10a。陽極采用pt片，防止陽極在放電過程中被溶解，陰極為制備鈦氧化物納米球所對應(yīng)的金屬絲即ti絲，純度為99.9％。陽極浸入電解液中的表面積應(yīng)盡可能大于陰極，兩極的表面積比約為20:1，電解液采用3m的nh4no3溶液。電解槽兩端的電壓從開路電壓值(約0v)開始，以1v/s的速率增加，常溫下，當(dāng)端電壓達(dá)到25v左右時，陰極開始放電，端電壓隨即跳變到一個較高值90v，通過調(diào)節(jié)電源將端電壓穩(wěn)定在100v左右進(jìn)行放電。隨著放電的進(jìn)行，電解液變得渾濁，電解槽底部出現(xiàn)明顯的沉淀，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將沉淀進(jìn)行反復(fù)地離心提純，即得鈦氧化物納米球。

制得的tio2納米球，其形貌的掃描電子顯微鏡(sem)照片如圖2所示，sem圖顯示這些球形顆粒的直徑從100nm以下到幾百個微米不等，其中納米級的顆粒占據(jù)絕大多數(shù)，平均尺寸約在500nm左右。

本發(fā)明使用x射線衍射譜(xrd)和x射線能譜儀(edx)對顆粒tio2納米球的成分進(jìn)行表征，結(jié)果如圖3、圖4所示。圖3的xrd圖譜顯示納米球由三種類型的tio2相組成，分別為金紅石相，銳鈦礦相，以及缺氧相。其中，缺氧相的成分可能為ti10o19,ti5o9或者ti3o5這類相比于常規(guī)化學(xué)計(jì)量的tio2存在氧原子空缺的物相。圖4的edx圖譜分別給出了顆粒樣品置于洗凈硅片上(標(biāo)識a所指代的曲線)和無樣品存在情況下的洗凈硅片(標(biāo)識b所指代的曲線)的基底圖譜。通過兩者的對比可以發(fā)現(xiàn)，球形顆粒主要由ti和o兩種元素組成，從而證實(shí)所得到的產(chǎn)物為tio2納米球。

其他實(shí)驗(yàn)條件與上述制備tio2納米球相同，采用不同的陰極材料，可以得到不同的金屬氧化物納米球，如以al絲作為陰極，可得到以al2o3為主要成分的納米球，以cu絲作為陰極，可得到cu2(oh)3no3納米球，以fe絲作為陰極，可得到feo、fe2o3、fe3o4混合成分的鐵氧化物納米球。由此可知，本發(fā)明對制備金屬氧化物納米球具有普遍的適用性和可擴(kuò)展性。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、方法簡單、便捷、環(huán)保，所采用的裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，制備操作過程方便，未使用有毒有害化學(xué)試劑；

2、納米球制備產(chǎn)量大，如上述實(shí)驗(yàn)中tio2納米球的制備產(chǎn)量可達(dá)到50mg/min；

3、本發(fā)明對熔點(diǎn)不高的金屬具有普遍適用性，可擴(kuò)展性強(qiáng)，采用ti、al、cu、fe等不同的金屬陰極材料，可以得到不同的金屬氧化物納米球。

4、本發(fā)明是一種行之有效的金屬氧化物納米球制備及摻雜改性手段，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，等離子放電高溫所溶解形成的金屬顆粒進(jìn)入到電解液時的淬火作用，對于納米球的最終成分和結(jié)構(gòu)起到了重要的改性和摻雜作用。溶液中的成分，易于在淬火過程中被結(jié)合到納米球中，比如cu絲作為陰極，nh4no3作為電解液時，生成的納米球成分為cu2(oh)3no3而非cuo。通過改變電解液成分，可以對生成的金屬氧化物成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行摻雜改性，這種摻雜改性可提高金屬氧化物納米球的光響應(yīng)特性、催化特性等。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種金屬氧化物納米球的制備方法，包括以下內(nèi)容：在一電解槽中，陽極為Pt片，陰極為金屬絲，電解液采用高導(dǎo)電性鹽溶液，陽極和陰極浸入電解液的面積比為陽極：陰極＝20：1；采用連續(xù)可調(diào)的大功率直流穩(wěn)壓電源，通過逐步加大電壓，在陰極形成等離子放電，同時在溶液中形成沉淀物，將沉淀物進(jìn)行提純，即得到金屬氧化物納米球。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：無有毒有害化學(xué)試劑參與，成本低廉，操作簡單，材料產(chǎn)率高，可拓展性強(qiáng)，在工業(yè)量產(chǎn)中應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：張志昆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福建省建筑科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.02
技術(shù)公布日：2017.07.07