一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球的制備方法
【專利摘要】一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球的制備方法，涉及一種納米材料的制備方法，在硫酸氧鈦水溶液中加入含氟試劑制備出氟和鈦的摩爾比為16:1-24:1的前驅(qū)體水溶液；按照前驅(qū)體水溶液體積和反應(yīng)釜的容積比為7:10的比例取前驅(qū)體水溶液加入到反應(yīng)釜中，在180℃保溫孵化12小時(shí)后冷卻得到反應(yīng)物；反應(yīng)物進(jìn)行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌抽干后，置于真空干燥箱中干燥后取出；將所得濾餅于瓷舟中，在馬弗爐中450℃煅燒后冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球。本發(fā)明所制備出的二氧化鈦微球?yàn)槠交娜ソ前嗣骟w銳鈦礦二氧化鈦單晶結(jié)構(gòu)，該二氧化鈦微球的邊長為1.3-2.2μm，厚為0.6-1.0μm。
【專利說明】—種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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，具體的說是一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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(shí)也是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵睾弯囯x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(duì)改善與提高其性能具有重要意義。研究表明，分等級(jí)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(jí)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(huì)增加材料制備的成本和工藝的難度。此外，對(duì)于具有含特定晶面的材料制備而言，模板劑的加入會(huì)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，提供一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球的制備方法，其具有制備方法簡單，所制備的多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球?yàn)楸砻嫫交娜ソ前嗣骟w銳鈦礦二氧化鈦單晶結(jié)構(gòu)，該二氧化鈦微球的邊長為1.3 -2.2um,厚為 0.6 -1.0 μ mo
[0005]粒徑為0.8-2.6 μ m，具有較強(qiáng)的光催化活性。
[0006]一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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、前驅(qū)體水溶液的制備:將硫酸氧鈦加入水中制備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦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16:1-24:1，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；
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的比例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(shí)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(shí)后取出，備用；
步驟四、將所得濾餅于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時(shí)后自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球。
[0007]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?500r/min的轉(zhuǎn)速離心8-10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗滌。
[0008]有益效果是:
本發(fā)明多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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?yàn)槠交娜ソ前嗣骟w銳鈦礦二氧化鈦單晶結(jié)構(gòu)，該二氧化鈦微球的邊長為1.3 -2.2 μ m,厚為0.6 -1.0 μ m0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，為去角八面體銳鈦礦二氧化鈦單晶體邊長越大，厚度越厚；其貌控制是基于體系內(nèi)F離子對(duì)銳鈦礦二氧化鈦(001)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，為純銳鈦礦相二氧化鈦，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所制備的多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球的SEM照片； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2所制備的多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球的SEM照片；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例3所制備的多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球的SEM照片；
圖4為實(shí)施例3制得的多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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；

【具體實(shí)施方式】
[0010]一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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、前驅(qū)體水溶液的制備:將硫酸氧鈦加入水中制備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦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16:1-24:1，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；
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的比例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(shí)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(shí)后取出，備用；
步驟四、將所得濾餅于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時(shí)后自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球。
[0011]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??；然后以4500r/min的轉(zhuǎn)速離心8_10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗滌。
[0012]實(shí)施例1
一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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、前驅(qū)體水溶液的制備:將硫酸氧鈦加入水中制備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦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16:1-24:1，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；
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的比例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(shí)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(shí)后取出，備用；所述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，使濾餅懸浮；然后以4500r/min的轉(zhuǎn)速離心8_10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗滌。
[0013]步驟四、將所得濾餅于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時(shí)后自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球。由圖1的SBl照片可知，所制備的微球?yàn)槿ソ前嗣骟w銳鈦礦二氧化鈦單晶體。
[0014]實(shí)施例2
一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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、前驅(qū)體水溶液的制備:將硫酸氧鈦加入水中制備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦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16:1-24:1，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；
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的比例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(shí)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(shí)后取出，備用；所述餅的洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，并震蕩，使濾餅懸??；然后以4500r/min的轉(zhuǎn)速離心8_10min分鐘后，取出上層溶液，剩余濾餅再進(jìn)行下次洗滌。
[0015]步驟四、將所得濾餅于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時(shí)后自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球。。由圖2可知所制備的微球?yàn)槎嗑嫫瑺顔尉ЫY(jié)構(gòu)，其邊長約為1.3 μ m，厚約為0.6 μπ?ο
[0016]實(shí)施例3
一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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4:1-16:1,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。
[0017]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的比例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(shí)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(shí)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。
[0018]步驟四、將所得濾餅于瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時(shí)后自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球。由圖3可知所制備的微球?yàn)槎嗑嫫瑺顔尉ЫY(jié)構(gòu)，其邊長約為1.3 ym，厚約為0.6 μ m。將所制備的多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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I小時(shí)，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】
1.一種多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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、前驅(qū)體水溶液的制備:將硫酸氧鈦加入水中制備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦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16:1-24:1，即為前驅(qū)體水溶液，備用； 步驟二、按照前驅(qū)體水溶液體積與反應(yīng)釜容積比為7:10的比例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(shí)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(shí)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(shí)后自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)二氧化鈦微球。
2.如權(quán)利要求1所述的多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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??；然后以4500r/min的轉(zhuǎn)速離心8_10min分鐘后,取出上層溶液,剩余濾餅再進(jìn)行下次洗漆。
3.如權(quán)利要求1所述的多晶面片狀單晶結(jié)構(gòu)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(hào)】C30B7/14GK104278323SQ201410353965
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)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(qǐng)人:河南科技大學(xué)