CN101949053B - 一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法 - Google Patents

一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101949053B
CN101949053B CN2010102314325A CN201010231432A CN101949053B CN 101949053 B CN101949053 B CN 101949053B CN 2010102314325 A CN2010102314325 A CN 2010102314325A CN 201010231432 A CN201010231432 A CN 201010231432A CN 101949053 B CN101949053 B CN 101949053B
Authority
CN
China
Prior art keywords
monocrystalline
tio
deionized water
reaction
face area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2010102314325A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101949053A (zh
Inventor
刘敏
王文静
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electrical Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electrical Engineering of CAS filed Critical Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority to CN2010102314325A priority Critical patent/CN101949053B/zh
Publication of CN101949053A publication Critical patent/CN101949053A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101949053B publication Critical patent/CN101949053B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法,其特征为以TiO2粉末为原料,通过水热反应,将TiO2粉末先溶解在氢氟酸溶液中,然后将溶解了TiO2粉末的氢氟酸溶液与稀双氧水溶液混合;在100-200℃下进行水热反应;反应结束后,将产物洗涤至PH值达到7;然后将产物在烘箱中烘干。

Description

一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法
技术领域
本发明涉及二氧化钛材料及其制备方法,特别涉及一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法。
背景技术
二氧化钛是一种安全无毒、化学性质稳定、成本低廉的半导体氧化物,在光催化、污水处理和太阳能电池等领域有着广泛的应用。
二氧化钛的应用与其晶体结构和表面性质有着密切的联系。研究发现锐钛矿二氧化钛的(001)面具有良好的化学活性,但(001)面的表面能较高,为0.90J/m2,而具有最低表面能的(101)面的表面能仅为0.44J/m2,所以通常制备得到的二氧化钛都显示出(101)面的晶面取向,以至于较难制备出具有较大(001)面面积的二氧化钛。
文献[Nature,2008,453,638]以四氟化钛为原料,第一次制备出具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶。随后,文献[Journal of the American Chemical Society,2009,131,4078],[Journal of the American Chemical Society,2009,131,3152],[NanoLetters,2009,9,2455],[Chemistry of Materials,2009,21,2601],[ChemicalCommunications,2009,4381]等以四氟化钛、四氯化钛、钛酸四丁酯、四异丙醇钛等作为原料,制备出具有较大(001)面面积的TiO2单晶。但这些方法使用的原料都具有较高的水解性,使得难以其反应过程,从而难以实现产业化。最近,文献[Journal of the AmericanChemical Society,2009,131,12868],[Chemical Communications,2010,46,1664],以及专利[CN 101660203A]等采用固体氮化钛和金属钛粉,直接与HF酸进行反应,制备了具有较大(001)面面积的TiO2单晶。在这些方法中,所使用的原料价格仍然较为昂贵,限制了这种具有较大(001)面面积的TiO2单晶的发展和大规模使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以TiO2粉末为原料,制备具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的制备方法。本制备方法成本低廉,过程简单、可控,反应温和,充分利用反应原料,不会产生有害气体,对人体无害。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明方法的包括以下步骤:
(1)将0.01~1g TiO2粉末,5~80ml去离子水和0.05~10ml质量分数为40%的氢氟酸,投入到有聚四氟乙烯内衬的反应釜中,搅拌十分钟后,将所述的反应釜放入烘箱中,在60℃~200℃下反应1~10h;
(2)反应完毕后,取1~15ml步骤(1)所得的溶液,5~80ml去离子水,0.1~5ml质量分数为30%的双氧水;投入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中,搅拌十分钟后,将反应釜放入烘箱中,在100℃~200℃下反应1~40h;
(3)反应完毕后,将反应产物用去离子水冲洗,直至步骤(2)所得产物的PH值达到7左右;然后将反应产物置于50~100℃的烘箱中烘烤5-24小时,烘干便制得具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶。
至此本发明具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶材料制备完毕。
附图说明
图1a为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的正面扫描电子显微镜图;图1b为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的侧面扫描电子显微镜图;
图2a为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的透射电子显微镜图;图2b为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的选区电子衍射图;图2c为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的高倍透射显微镜图;图2d为与图2c相对应的傅里叶快速转换过滤图;
图3为本发明之实施例2所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的扫描电子显微镜图;
图4为本发明之实施例3所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的扫描电子显微镜图;
图5为本发明之实施例5所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
称量TiO2粉末0.1克,投入到40ml去离子水,1ml质量分数为40%的氢氟酸溶液中,搅拌10分钟后,在有聚四氟内衬的水热反应釜中180℃下反应5小时;反应完毕后,冷却至室温;然后取5ml TiO2的HF酸溶液,与22ml去离子水、3ml质量分数为30%的双氧水溶液混合,搅拌10分钟,然后放入有聚四氟内衬的反应釜中,在180℃下反应10小时;反应完毕后,将产物用去离子水冲洗多次,直至PH值达到7;最后将产物置于80℃的烘箱中10小时,将产物烘干。
本实施案例所得到的产物为具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶。
图1a和图1b所示为本实施例制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的扫描电镜图,从图中可以看出所得到的TiO2单晶产物具有较薄的厚度,(001)面面积所占整体面积的比例为50~70%,证明其具有较大的(001)面;图2所示为本实施例制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的透射电子显微镜图片;其中图2a为单晶的透射电子显微镜图;图b为单晶的选区电子衍射图,其点状的衍射花斑显示样品具有单晶结构,且其顶面即为(001)面;图2c为单晶样品的高倍显微镜图片,从图中可以看出晶格之间相互垂直,且具有0.19nm的晶面间距(未标出),与锐钛矿的(200)和(020)晶面相一致,表明顶面即为(001)面;图2d为与图c中虚线框所相对应的快速傅里叶转换过滤图,每一个亮点代表着一个原子排布,证明所得到的单晶样品中原子排列高度有序,具有单晶结构。
实施例2
称量TiO2粉末0.01克,投入到5ml去离子水,0.05ml质量分数为40%的氢氟酸溶液中,搅拌10分钟后,在有聚四氟内衬的水热反应釜中60℃下反应10小时;反应完毕后,冷却至室温;然后取1mlTiO2的HF酸溶液,与5ml去离子水、0.1ml质量分数为30%的双氧水溶液混合,搅拌10分钟,放入有聚四氟内衬的反应釜中,在200℃下反应1小时;反应完毕后,将产物用去离子水冲洗多次,直至PH值达到7;最后将产物置于100℃的烘箱中烘烤5小时,将产物烘干。
本实施案例所得到的产物为具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶。
图3所示为本实施例制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的扫描电镜图,其中(001)面面积所占整体面积的比例为50~70%。
实施例3
称量TiO2粉末1克,投入到80ml去离子水,10ml质量分数为40%的氢氟酸溶液中,搅拌10分钟后,在有聚四氟内衬的水热反应釜中100℃下反应10小时;反应完毕后,冷却至室温;然后取15mlTiO2的HF酸溶液,与80ml去离子水、5ml质量分数为30%的双氧水溶液混合,搅拌10分钟,放入有聚四氟内衬的反应釜中,在150℃下反应20小时;反应完毕后,将产物用去离子水冲洗多次,直至PH值达到7;最后将产物置于50℃的烘箱中烘烤24小时,将产物烘干。
本实施案例所得到的产物为具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶。
图4所示为本实施例制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的扫描电镜图,其中(001)面面积所占整体面积的比例为50~70%。
实施例4
称量Ti02粉末0.5克,投入到60ml去离子水,5ml质量分数为40%的氢氟酸溶液中,搅拌10分钟后,在有聚四氟内衬的水热反应釜中150℃下反应8小时;反应完毕后,冷却至室温;然后取6mlTiO2的HF酸溶液,与80ml去离子水、1ml质量分数为30%的双氧水溶液混合,搅拌10分钟,放入有聚四氟内衬的反应釜中,在100℃下反应40小时;反应完毕后,产物用去离子水冲洗多次,直至PH值达到7;最后将产物置于60℃的烘箱中烘烤15小时,将产物烘干。
本实施案例所得到的产物为具有较大活性面面积的锐钛矿单晶TiO2
实施例5
称量TiO2粉末0.05克,投入到30ml去离子水,2ml质量分数为40%的氢氟酸溶液中,搅拌10分钟后,在有聚四氟内衬的水热反应釜中200℃下反应2小时;反应完毕后,冷却至室温;然后取10mlTiO2的HF酸溶液,与30ml去离子水,2.5ml质量分数为30%的双氧水溶液混合,搅拌10分钟后,放入有聚四氟内衬的反应釜中,在120℃下反应30小时;反应完毕后,将产物用去离子水冲洗多次,直至PH值达到7;最后将产物置于80℃的烘箱中烘烤15小时,将产物烘干。
本实施案例所得到的产物为具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶。
图5所示为本实施例制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的扫描电镜图,其中(001)面面积所占整体面积的比例为50~70%。

Claims (1)

1.一种以TiO2粉末为原料制备具有较大(001)面面积锐钛矿TiO2单晶的制备方法,其具体操作步骤如下:
(1)将0.01~1gTiO2粉末,5~80ml去离子水和0.05~10ml质量分数为40%的氢氟酸,投入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中,搅拌十分钟后,将所述的反应釜放入烘箱中,在60℃~200℃下反应1~10h;
(2)反应完毕后,取1~15ml步骤(1)所得的溶液,5~80ml去离子水和0.1~5ml质量分数为30%的双氧水,投入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中,搅拌十分钟后,将反应釜放入烘箱中,在100℃~200℃下反应1~40h;
(3)反应完毕后,将反应产物用去离子水冲洗,直至步骤(2)所得产物的PH值达到7;然后将反应产物置于50~100℃的烘箱中烘烤5-24小时,烘干后制得所述的的锐钛矿TiO2单晶。
CN2010102314325A 2010-07-14 2010-07-14 一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法 Expired - Fee Related CN101949053B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102314325A CN101949053B (zh) 2010-07-14 2010-07-14 一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102314325A CN101949053B (zh) 2010-07-14 2010-07-14 一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101949053A CN101949053A (zh) 2011-01-19
CN101949053B true CN101949053B (zh) 2012-08-08

Family

ID=43452675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102314325A Expired - Fee Related CN101949053B (zh) 2010-07-14 2010-07-14 一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101949053B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102828227B (zh) * 2011-06-14 2014-12-24 中国科学院金属研究所 一种制备富含{010}/{101}晶面锐钛矿TiO2单晶的方法
CN103243387B (zh) * 2012-02-01 2016-04-20 国家纳米科学中心 一种具有高活性(110)面的锐钛矿TiO2单晶的制备方法
CN103293044B (zh) * 2013-06-26 2015-05-27 成都光明光电股份有限公司 高纯二氧化钛的溶解方法
CN104419976A (zh) * 2013-08-29 2015-03-18 国家纳米科学中心 一种TiO2单晶及其制备方法
CN106799252A (zh) * 2017-01-12 2017-06-06 天津城建大学 在高压反应釜中制得纳米级TiO2晶体催化剂的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101660203A (zh) * 2009-09-09 2010-03-03 中国科学院电工研究所 一种大活性面锐钛矿单晶TiO2的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2276702A4 (en) * 2008-03-25 2013-04-24 Univ Queensland INORGANIC CRYSTALLINE SPECIES WITH OPTIMIZED REACTIVITY

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101660203A (zh) * 2009-09-09 2010-03-03 中国科学院电工研究所 一种大活性面锐钛矿单晶TiO2的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101949053A (zh) 2011-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101660203B (zh) 一种(001)面锐钛矿单晶TiO2的制备方法
CN101949053B (zh) 一种制备锐钛矿TiO2单晶的方法
CN110127722B (zh) 一种疏水化的表面缺陷改性TiO2可见光固氮催化剂的制备方法
CN101525152B (zh) 一种菊花状三维TiO2纳米材料及其制备方法
CN101949054B (zh) 一种单晶锐钛矿二氧化钛膜的制备方法
CN101693196B (zh) 一种银/二氧化钛复合物的制备方法
CN101892512B (zh) 一种具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO2单晶的制备方法
CN103641165A (zh) 一种以天然矿物为模板制备二氧化钛纳米管的方法
CN105271395A (zh) 一种超薄二氧化钛纳米片及其制备方法
CN103253704B (zh) 半导体多孔氧化铋纳米球及其制备方法和应用
CN103243387B (zh) 一种具有高活性(110)面的锐钛矿TiO2单晶的制备方法
CN112007662A (zh) 一种金属相二硫化钼/二氧化钛纳米管复合材料光催化剂的制备方法及应用
CN101481136B (zh) 一种TiO2纳米带的制备方法
CN104787800A (zh) 一种花球状二氧化钛及其制备方法
CN105129849A (zh) 花状二氧化钛纳米材料及其无模板制备方法
CN106582621B (zh) 一种负载金属铂的镂空状二氧化钛及其制备方法
CN101481137A (zh) 多种规则几何形状TiO2纳米材料及其制备方法
CN101880056A (zh) 一种具有(001)面外表面的花状TiO2纳米材料及其制备方法
CN104724755A (zh) 一种微米级片层状二氧化钛纳米材料的制备方法
CN105197999B (zh) 一种海胆树枝状γ-MnO2的制备方法及其电催化应用
CN102557130A (zh) 一种制备二氧化钛纳米花阵列薄膜的方法
CN103303977B (zh) 一种分等级中空Nb3O7F纳米材料的制备方法
CN106082201B (zh) 超薄氧化钛纳米片负载的石墨烯复合纳米材料及其制备方法
CN101613125B (zh) 一种锐钛矿TiO2纳米线的制备方法
CN104419976A (zh) 一种TiO2单晶及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120808

Termination date: 20160714