CN102070192A - 单分散球形二氧化钛纳米晶自组装超点阵材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单分散球形二氧化钛纳米晶自组装超点阵材料的制备方法。包括如下步骤：1）将9～18ml的钛酸四丁酯加入到60～80ml的油酸中，搅拌1～2小时；2）加入16～20ml的十二胺，继续均匀搅拌20～25小时，得到前驱体溶液；3）将前驱体溶液移入不锈钢反应釜内密封，5～10分钟内迅速升温到300℃，保持搅拌，反应时间为1～10小时，自然冷却；4）将球形TiO2纳米晶分散在甲苯中形成TiO2溶液，溶剂蒸发即可形成大面积的球形TiO2自组装超点阵材料。本发明采用双表面活性剂辅助和快速升温的方法合成出单分散球形TiO2纳米晶，通过溶剂蒸发即可形成大面积的球形二氧化钛自组装超点阵材料，具有成本低，工艺简单等特点，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种单分散球形二氧化钛纳米晶自组装超点阵材料的制备方法。它利用双表面活性剂辅助和快速升温的策略，以此来合成形貌均一的球形二氧化钛，进而形成大面积的二氧化钛自组装超点阵材料。
背景技术
自组装形成超点阵材料的技术研究近年来引起了越来越广泛的关注，由于超点阵结构可以将材料的自身性能和纳米晶之间的协同作用结合起来而具备一些材料粒子本身所不具备的性能，可能在光、电、磁等领域找到重要应用。形成超点阵结构的关键在于能否制备出具有高单分散性（尺寸偏差<5%）的纳米晶。
二氧化钛作为一种重要的半导体氧化物，由于其稳定的性质和良好的性能已经被广泛应用到涂料、光电池、气敏传感器和光催化等领域。近年来通过改变表面活性剂或采用双表面活性剂的方法已经被用来合成不同形状的二氧化钛纳米晶。部分小组通过变化升温与保温过程，将其他纳米粒子的形核与长大过程分开成功的制备了其他单分散性高的纳米晶。虽然二氧化钛纳米晶的制备已经得到了广泛的研究，但不经过费时费力的尺寸筛选过程而直接合成尺寸小于10nm的球形二氧化钛则很少报道，并且直接形成大面积的球形二氧化钛自组装超点阵结构鲜有报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的局限，提供一种单分散球形二氧化钛纳米晶自组装超点阵材料的制备方法。
单分散球形二氧化钛纳米晶自组装超点阵材料的制备方法的步骤如下：
1）将9～18ml的钛酸四丁酯加入到60～80ml的油酸中，搅拌1～2小时；
2）加入16～20ml的十二胺，继续均匀搅拌20～25小时，得到前驱体溶液；
3）将前驱体溶液移入不锈钢反应釜内密封，5～10分钟内迅速升温到300℃，保持搅拌，反应时间为1～10小时，自然冷却；
4）将球形TiO2纳米晶分散在甲苯中形成TiO2溶液，溶剂蒸发即可形成大面积的球形二氧化钛自组装超点阵材料。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1）制备的二氧化钛纳米晶为均匀的球形，是典型的锐钛矿结构，结晶性能好，无需进一步的热处理，进而降低了能耗。
2）具有良好的单分散性，尺寸均一，无需经过费时费力的尺寸筛选过程即可得到直径小于10nm的单分散性良好的球形二氧化钛纳米晶。
3）本工艺采用油酸和十二胺作为表面活性剂，双表面活性剂的存在为进一步调整二氧化钛的形貌提供了可行性。
4）采用的是一次快速升温的溶剂热过程，成本低，工艺简单，重复性好，适合大规模工业化生产。
5）通过溶剂蒸发即可形成大面积的球形二氧化钛自组装超点阵结构，过程容易控制，工艺简单，可重复性好。
附图说明
图1为实施例1通过双表面活性剂辅助高温溶剂热合成的单分散二氧化钛纳米晶的X射线衍射图；图2为实施例1通过双表面活性剂辅助高温溶剂热合成的单分散二氧化钛纳米晶的透射电镜照片；图3为实施例2通过双表面活性剂辅助高温溶剂热合成的单分散二氧化钛纳米晶的X射线衍射图；图4为实施例2通过双表面活性剂辅助高温溶剂热合成的单分散二氧化钛纳米晶的透射电镜照片；图5为实施例3通过双表面活性剂辅助高温溶剂热合成的单分散二氧化钛纳米晶的X射线衍射图；图6为实施例3通过双表面活性剂辅助高温溶剂热合成的单分散二氧化钛纳米晶的透射电镜照片。
具体实施方式
实施例1
准确量取72ml油酸置于烧杯中，然后向其中缓慢滴加9ml的钛酸四丁酯，在室温下均匀搅拌1h制成混合溶液，再量取18ml的十二胺逐滴加入上述混合溶液中，继续搅拌24小时，获得反应前驱体溶液。然后将其移入不锈钢反应釜内密封，10分钟内迅速升温到300℃，保持搅拌，反应时间为1小时，然后自然冷却到室温。取一滴反应后的溶液加入到1ml的甲苯溶液中，在超声清洗器中分散5分钟即可获得二氧化钛的甲苯溶液。将该溶液在自然环境下蒸发即可获得局域有序的自组装超点阵结构。图1为产物的X射线衍射图，该图表明所得产物为典型的二氧化钛锐钛矿结构。图2为产物的透射电镜照片，所得二氧化钛纳米晶的直径约为5.6 nm，自组装成为短程有序长程无序的结构。
实施例2
准确量取72ml油酸置于烧杯中，然后向其中缓慢滴加9ml的钛酸四丁酯，在室温下均匀搅拌1h制成混合溶液，再量取18ml的十二胺逐滴加入上述混合溶液中，继续搅拌24小时，获得反应前驱体溶液。然后将其移入不锈钢反应釜内密封，10分钟内迅速升温到300℃，保持搅拌，反应时间为6小时，然后自然冷却到室温。取一滴反应后的溶液加入到1ml的甲苯溶液中，在超声清洗器中分散5分钟即可获得二氧化钛的甲苯溶液。将该溶液在自然环境下蒸发即可获得自组装超点阵结构。图3为产物的X射线衍射图，该图表明所得产物为典型的二氧化钛锐钛矿结构。图4为产物的透射电镜照片，所得二氧化钛纳米晶的直径约为8.0 nm，，自组装成为按体心立方（111）面排列的超点阵材料。
实施例3
准确量取72ml油酸置于烧杯中，然后向其中缓慢滴加9ml的钛酸四丁酯，在室温下均匀搅拌1h制成混合溶液，再量取18ml的十二胺逐滴加入上述混合溶液中，继续搅拌24小时，获得反应前驱体溶液。然后将其移入不锈钢反应釜内密封，10分钟内迅速升温到300℃，保持搅拌，反应时间为10小时，然后自然冷却到室温。取一滴反应后的溶液加入到1ml的甲苯溶液中，在超声清洗器中分散5分钟即可获得二氧化钛的甲苯溶液。将该溶液在自然环境下蒸发即可获得自组装超点阵结构。图5为产物的X射线衍射图，该图表明所得产物为典型的二氧化钛锐钛矿结构。图6为产物的透射电镜照片，所得二氧化钛纳米晶的直径约为8.9 nm，自组装成为按体心立方（111）面排列的超点阵材料。
实施例4准确量取72ml油酸置于烧杯中，然后向其中缓慢滴加18ml的钛酸四丁酯，在室温下均匀搅拌1h制成混合溶液，再量取18ml的十二胺逐滴加入上述混合溶液中，继续搅拌24小时，获得反应前驱体溶液。然后将其移入不锈钢反应釜内密封，10分钟内迅速升温到300℃，保持搅拌，反应时间为1小时，然后自然冷却到室温。取一滴反应后的溶液加入到1ml的甲苯溶液中，在超声清洗器中分散5分钟即可获得二氧化钛的甲苯溶液。将该溶液在自然环境下蒸发即可获自组装超点阵结构。
实施例5
将9ml的钛酸四丁酯加入到60ml的油酸中，搅拌1小时；加入16ml的十二胺，继续均匀搅拌20小时，得到前驱体溶液；将前驱体溶液移入不锈钢反应釜内密封，5分钟内迅速升温到290℃，保持搅拌，反应时间为1小时，自然冷却；将TiO2纳米晶分散在甲苯中形成TiO2溶液，溶剂蒸发即可形成大面积的二氧化钛自组装超点阵材料。
实施例6
将18ml的钛酸四丁酯加入到80ml的油酸中，搅拌2小时；加入20ml的十二胺，继续均匀搅拌25小时，得到前驱体溶液；将前驱体溶液移入不锈钢反应釜内密封10分钟内迅速升温到300℃，保持搅拌，反应时间为10小时，自然冷却；将TiO2纳米晶分散在甲苯中形成TiO2溶液，溶剂蒸发即可形成大面积的二氧化钛自组装超点阵材料。
Claims (1)
1.一种单分散球形二氧化钛纳米晶自组装超点阵材料的制备方法，其特征在于它的步骤如下：
1）将9～18ml的钛酸四丁酯加入到60～80ml的油酸中，搅拌1～2小时；
2）加入16～20ml的十二胺，继续均匀搅拌20～25小时，得到前驱体溶液；
3）将前驱体溶液移入不锈钢反应釜内密封，5～10分钟内迅速升温到300℃，保持搅拌，反应时间为1～10小时，自然冷却；
4）将球形TiO2纳米晶分散在甲苯中形成TiO2溶液，溶剂蒸发即可形成大面积的球形二氧化钛自组装超点阵材料。
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2011
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