CN102674441A - 钛金属表面结构可控多层钛酸盐自组装聚集体薄膜的制备方法 - Google Patents

钛金属表面结构可控多层钛酸盐自组装聚集体薄膜的制备方法 Download PDF

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郭玉鹏
李艳南
丁丽丽
赵凯
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Abstract

本发明公开了钛金属表面结构可控多层钛酸盐自组装聚集体薄膜的制备方法，可在较低温度下和不添加任何表面活性剂和模板剂的条件下，用简单的方法制备出结构可控多层钛酸盐纳米管薄膜。将一定规格的金属钛片浸泡在浓NaOH溶液中，在140℃水热条件下反应3-48h，冷却、洗涤并干燥，在钛金属表面制备出多层钛酸盐纳米管、纳米带自组装体薄膜。钛酸盐纳米管的结构是内外径分别为4-6nm、6-8nm，相邻层间距约0.78nm。

Description

钛金属表面结构可控多层钛酸盐自组装聚集体薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钛酸盐纳米管薄膜的制备方法，具体涉及以下四个过程：(1)钛金属的水合和碱性钛酸盐水凝胶的生成；(2)碱性钛酸盐水凝胶分解并形成层状Na2Ti3O7；(3)层状Na2Ti3O7的生长；(4)层状Na2Ti3O7的劈裂和多层卷曲成轴形成纳米管，制备具有中空结构和多壁管的钛酸盐纳米管薄膜的新方法。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，纳米科学也越来越多的应用到各种行业和现实生活当中。钛酸盐纳米管薄膜作为一种新型的绿色纳米功能材料，其在压电、铁电以及空气净化剂、光催化、清洁能源的储存或转化等领域中潜在的应用前景受到人们的普遍关注。探索新型钛酸盐材料的合成新工艺。
近几年来，钛酸盐晶须和纳米管的水热合成被广泛研究。以廉价的偏钛酸或工业级二氧化钛为原料，采用低温水热的方法制备出一系列钛酸盐或钛酸盐纳米管(公开号：1378977A，CN 102161504)。目前以金属钛为钛源在强碱条件下直接合成均匀的钛酸盐纳米管薄膜还未见专利报道。
本发明采用钛金属片为底物，采用低温水热方法，制备出均一稳定的多层钛酸盐纳米管薄膜。克服了烧结法制备工艺造成的颗粒大，形貌不可控制的缺点。该方法可制备出高纯度、薄膜厚度约为9μm的钛酸盐纳米管薄膜，相邻层间距约0.78nm，结合比表面积大与钛酸盐自身的催化特性，该产品有望在催化领域得到广泛的应用；产品稳定性也得到大幅度提高；由于钛酸盐中的钠离子可以和多种金属离子发生离子交换，可制备出新型电池材料、压电材料和储氢材料等。
发明内容
本发明通过以下技术方案实施：
本发明目的是提供一种表面结构可控多层钛酸盐纳米管薄膜制备的新方法，该制备方法简单、产品纯度高，此钛酸盐纳米管为中空多壁管，外径为6-8nm、内径为4-6nm，中心不对称，相邻层间距约0.78nm，并且组成的薄膜具有良好的稳定性。
该结构可控多层钛酸盐纳米管薄膜的具体制备方法如下：
实施例案1：多层钛酸盐纳米管薄膜的制备
(1)将规格为10mm*10mm*1mm的钛金属片打磨至表面无划痕，然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗。
(2)将步骤(1)处理的钛金属片浸泡在60mL 10mol/L NaOH溶液中，放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于140℃水热条件下反应24h。
(3)反应结束后，反应釜自然冷却至室温，然后取出反应后钛金属片和溶液。
(4)先采用5mol/L的NaOH溶液对反应后钛金属片进行洗涤，然后逐渐过渡为pH＝7的去离子水，将其洗涤至中性。室温下干燥，获得多层钛酸盐纳米管薄膜。
实施例案2：由形貌均一纳米管组成钛酸盐薄膜的制备
(1)将规格为100mm*100mm*1mm的钛金属片处理，方法同实施例1。
(2)将步骤(1)处理的钛金属片浸泡在500mL 10mol/L NaOH溶液中，放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于140℃水热条件下反应12h。
(3)反应结束后，使反应釜自然冷却至100℃时，然后取出反应后钛金属片和溶液。
(4)先采用5mol/L的NaOH溶液对反应后钛金属片进行洗涤，然后逐渐过渡为pH＝7的去离子水，将其洗涤至中性，室温下干燥，获得表面致密的多层纳米钛酸盐薄膜。
实施例案3：由海胆状(平均粒径约1μm)自组装聚集体组成钛酸盐薄膜的制备
(1)钛金属片处理，方法同实施例1。
(2)反应条件同实施例2中步骤(2)。
(3)反应结束后，使反应釜自然冷却至80℃时，然后取出钛金属片和溶液。
(4)先采用5mol/L的NaOH溶液对反应后钛金属片进行洗涤，然后逐渐过渡为pH＝7的去离子水，将其洗涤至中性，室温下干燥，获得表面致密的多层纳米钛酸盐薄膜。
实施例案4：由纳米带所组成钛酸盐薄膜的制备
(1)将钛金属片处理，方法同实施例1。
(2)将步骤(1)处理的钛金属片浸泡在500mL 5mol/L NaOH溶液中，放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于140℃水热条件下反应12h。
(3)反应结束后，使反应釜自然冷却至100℃时，然后取出反应后钛金属片和溶液。
(4)用pH＝7的去离子水对反应后的钛金属片洗涤至中性，室温下干燥，获得稳定性的多层钛酸盐纳米带薄膜。
实施例案5：由纳米带和形貌不规则的纳米片组成钛酸盐薄膜的制备
(1)将钛金属片处理，方法同实施例1。
(2)反应条件同实施例4中步骤(2)。
(3)反应结束后，使反应釜自然冷却至80℃时，然后取出反应后钛金属片和溶液。
(4)用pH＝7的去离子对反应后钛金属片洗涤至中性，在室温下干燥，获得多层钛酸盐纳米带和纳米片薄膜。
实施例案6：鸟巢状自组装聚集体组成钛酸盐薄膜的制备
(1)将钛金属片处理，方法同实施例1。
(2)反应条件同实施例4中步骤(2)。
(3)反应结束后，使反应釜自然冷却至40℃时，然后取出反应后钛金属片和溶液。
(4)用pH＝7的去离子对反应后钛金属片洗涤至中性，在室温下进行干燥，获得表面具有鸟巢状自组装聚集体的多层钛酸盐纳米薄膜。
实施例案7：由绒球状自组装聚集体组成钛酸盐薄膜的制备
(1)将钛金属片处理，方法同实施例1。
(2)反应条件同实施例4中步骤(2)。
(3)反应结束后，使反应釜自然冷却至室温时，然后取出反应后钛金属片和溶液。
(4)用pH＝7的去离子对反应后钛金属片洗涤至中性，在室温下进行干燥，获得表面由绒球状钛酸盐自组装体结构的薄膜。
附图说明：
图1为本发明采用金属钛为底物制备多层钛酸盐纳米管薄膜的扫描电镜图(Hitachi S-4700扫描电子显微镜，电压15.0kV)。可以观察到薄膜的厚度约9μm，且薄膜由致密的钛酸钠层和钛酸盐纳米管层组成。
图2为本发明采用金属钛为底物制备多层钛酸盐纳米管薄膜的高分辨透射电镜图(日本JEOL-2010透射电子显微镜，电压200.0-400.0kV)。钛酸盐纳米管为中空结构，纳米管的外径为6-8nm，内径为4-6nm；相邻层间距约0.78nm，102°角的晶格间距为0.78和0.31nm。
图3为本发明采用金属钛为底物制备由形貌均一的纳米管所组成钛酸盐纳米管薄膜的扫描电镜图(Hitachi S-4700扫描电子显微镜，电压15.0kV)。
图4为本发明采用金属钛为底物制备由海胆状自组装聚集体所组成钛酸盐纳米管薄膜的扫描电镜图(Hitachi S-4700扫描电子显微镜，电压15.0kV)。可以发现由海胆状自组装聚集体平均粒径约为1μm。
图5为本发明采用金属钛为底物制备由纳米带自组装聚集体所组成钛酸盐纳米管薄膜的扫描电镜图(Hitachi S-4700扫描电子显微镜，电压15.0kV)。可以观察到几乎所有的纳米带都是几十纳米宽，几百纳米长，部分纳米带的边缘呈现卷曲状态。
图6为本发明采用金属钛为底物制备由鸟巢状自组装聚集体所组成钛酸盐纳米管薄膜的扫描电镜图(Hitachi S-4700扫描电子显微镜，电压15.0kV)。可以观察到直径约为5μm，这些自组装聚集体是由细小的纳米带簇状生长聚集而成。

Claims (4)

  1. 钛金属表面结构可控多层钛酸盐自组装聚集体薄膜的制备方法，具体操作步骤如下：
    1.将一定规格的钛金属片打磨，然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，风干后，加入到一定体积浓度为10mol/L或5mol/LNaOH溶液中浸泡。将以上反应体系移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于140℃反应3-48h。分别冷却至100℃、80℃、40℃以及室温时，用去离子水洗涤至中性，在室温下空气中进行干燥。获得结构可控多层钛酸盐自组装聚集体薄膜。
  2. 2.一种如权利要求1所述制备得到的结构可控多层钛酸盐自组装集体薄膜的稳定性受到后处理洗涤过程的影响，若原始反应采用10mol/L NaOH溶液，在洗涤过程中最初用5mol/L NaOH溶液进行洗涤，然后逐渐过渡为pH＝7的去离子水。达到缓慢降低pH值的方法来获得稳定的薄膜。
  3. 3.一种如权利要求1所述结构可控多层钛酸盐自组装集体薄膜的制备方法，其特征在于：所述钛酸盐薄膜的钛源为钛金属片。
  4. 4.一种如权利要求1所述结构可控多层钛酸盐自组装集体薄膜的制备方法，其特征在于：改变NaOH溶液的浓度及后处理的温度，可以制备出不同形貌的钛酸盐自组装体薄膜。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103681989A (zh) * 2013-12-09 2014-03-26 广州有色金属研究院 一种led出光表面纳米钛酸盐层的制备方法
CN107993855A (zh) * 2017-11-16 2018-05-04 三峡大学 一种高电压钠离子超级电容器的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01131857A (ja) * 1987-11-18 1989-05-24 Toshiba Corp 超電導体冷却装置
JPH1131857A (ja) * 1997-07-14 1999-02-02 Tokai Rubber Ind Ltd 圧電体構造物およびその製造方法
CN101497427A (zh) * 2009-02-27 2009-08-05 南京航空航天大学 低温水热法制备二氧化钛纳米棒阵列复合电极的方法
CN101603196A (zh) * 2009-07-24 2009-12-16 厦门大学 一种提高医用金属钛生物性能的表面处理方法
CN101950687A (zh) * 2010-10-22 2011-01-19 电子科技大学 一种染料敏化太阳能电池用地毯式光阳极及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01131857A (ja) * 1987-11-18 1989-05-24 Toshiba Corp 超電導体冷却装置
JPH1131857A (ja) * 1997-07-14 1999-02-02 Tokai Rubber Ind Ltd 圧電体構造物およびその製造方法
CN101497427A (zh) * 2009-02-27 2009-08-05 南京航空航天大学 低温水热法制备二氧化钛纳米棒阵列复合电极的方法
CN101603196A (zh) * 2009-07-24 2009-12-16 厦门大学 一种提高医用金属钛生物性能的表面处理方法
CN101950687A (zh) * 2010-10-22 2011-01-19 电子科技大学 一种染料敏化太阳能电池用地毯式光阳极及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANJUN ZHUO ET AL.: "Oriented nanostructured titanates array from low concentration alkaline solution via hydrothermal process", 《JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY》 *
潘琰等: "钛金属表面结构可控多层钛酸盐纳米管薄膜的制备和结构稳定性", 《高等学校化学学报》 *
董祥等: "水热法制备纳米结构TiO2的生长机制及表征", 《稀有金属材料与工程》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103681989A (zh) * 2013-12-09 2014-03-26 广州有色金属研究院 一种led出光表面纳米钛酸盐层的制备方法
CN103681989B (zh) * 2013-12-09 2016-04-06 广州有色金属研究院 一种led出光表面纳米钛酸盐层的制备方法
CN107993855A (zh) * 2017-11-16 2018-05-04 三峡大学 一种高电压钠离子超级电容器的制备方法

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