CN103482694A

CN103482694A - 钛酸铈纳米棒及其制备方法

Info

Publication number: CN103482694A
Application number: CN201310453470.9A
Authority: CN
Inventors: 裴立宅; 刘汉鼎; 蔡征宇; 蒋宇翔
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2014-01-01

Abstract

本发明公开了一种钛酸铈纳米棒及其合成方法，属于纳米材料制备技术领域。所述钛酸铈纳米棒由菱方CeTi₂₁O₃₈晶相构成，长度约2μm，平均直径约60nm。本发明以钛酸四丁酯、乙酸铈作为原料，十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂，水为溶剂，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度80-180℃下保温2-24h后得到浅黄色絮状钛酸铈纳米棒。本发明的钛酸铈纳米棒在工业废水处理、环保自清洁性涂料、自清洁玻璃及陶瓷添加剂方面具有良好的应用前景。

Description

钛酸铈纳米棒及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种钛酸铈纳米棒及其合成方法。

背景技术

钛酸铈作为一种重要的钛酸盐，具有良好的光学、电学及热学性能，在减反射涂层、电变色器件、半导体器件等方面具有良好的应用前景。此外，钛酸铈也具有良好的半导体光催化特性，可以吸收紫外、可见光，可以有效降解亚甲基蓝、罗丹明B及甲基橙等有机染料污染物，可望作为光催化剂应用于工业废水处理、自清洁涂料及自清洁玻璃，实现废水处理及产品的自清洁功能。以氧化铈和二氧化钛为原料，通过高温固相法可以制备出微米级尺寸的钛酸铈粉末。以三氯化铈、四氯化钛为原料，通过溶胶-凝胶法可以实现钛酸铈薄膜的制备。

与微米级尺寸的钛酸铈粉末及薄膜相比，钛酸铈纳米棒的光学、电学及热学性能更加优良，可望应用于保温涂层、半导体器件，尤其是钛酸铈纳米棒的比表面积大，吸附能力强，可望提高其半导体光催化性能，增强工业废水处理效果及涂料、玻璃的自清洁能力，在工业废水处理及环保自清洁性涂料、玻璃方面具有良好的应用前景。钛酸铈纳米棒也可作为陶瓷的添加剂，增强陶瓷的韧性。然而，到目前为止，尚未有关于钛酸铈纳米棒的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛酸铈纳米棒及其制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明所提供的钛酸铈纳米棒由CeTi₂₁O₃₈晶相构成，为菱方结构。

本发明所提供的钛酸铈纳米棒的制备方法，是采用钛酸四丁酯、乙酸铈作为原料，十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂，在密闭容器内加热保温一段时间合成钛酸铈纳米棒，制备方法具体如下：

以钛酸四丁酯、乙酸铈作为原料，SDS作为表面活性剂，水为溶剂，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度80-180℃、保温0.5-24h，所述钛酸四丁酯和乙酸铈的量不大于水重量的10%，SDS的量不大于水重量的10%，最终可得到浅黄色絮状产物，即为钛酸铈纳米棒。

进一步的，所述钛酸四丁酯和乙酸铈的重量占水重量的5%，SDS的重量占水重量的3%，在温度120℃下保温12h。

本发明的科学原理如下：

本发明采用上述合成过程，乙酸铈溶解于水中，钛酸四丁酯在水中分解形成氢氧化钛，乙酸铈与氢氧化钛在密封容器内于一定温度下反应生成钛酸铈，钛酸铈在水中过饱和而析出，形成钛酸铈晶核，经过一定时间的反应，钛酸铈晶核不断生长形成了钛酸铈纳米棒，通过此种方法可以大量合成具有菱方CeTi₂₁O₃₈晶相的钛酸铈纳米棒。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、此种方法合成过程简单、合成温度低，所以所得钛酸铈纳米棒的成本低，为钛酸铈纳米棒的应用提供了条件；

2、钛酸铈纳米棒的平均直径约60 nm，尺寸小，比表面积大，吸附能力强，可提高其光催化性能，在工业废水处理及环保自清洁性涂料、玻璃方面具有良好的应用潜力；

3、本发明提供了一种新颖的钛酸铈纳米棒及低温化学过程合成钛酸铈纳米棒的方法，这在钛酸铈纳米功能材料方面具有较重要的研究意义，本发明采用的是钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS、水以及低温化学反应过程，原料及合成过程对环境无污染，可以实现钛酸铈纳米棒的大量合成。

附图说明

图1为本发明合成的钛酸铈纳米棒的X-射线衍射（XRD）图谱；

根据JCPDS PDF卡片，可以检索出所得钛酸铈纳米棒由CeTi₂₁O₃₈晶相（JCPDS卡，PDF 08-0291）构成，为菱方结构。

图2为本发明实施例1所合成的钛酸铈纳米棒的扫描电子显微镜（SEM）图像；

从图中可以看出所得产物为纳米棒状形态，纳米棒的长度约2μm，平均直径约60nm。

图3为本发明实施例7所合成的钛酸铈纳米棒的扫描电子显微镜（SEM）图像；

具体实施方式

以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，钛酸四丁酯与乙酸铈占水溶剂重量的10%，SDS占水重量的5%。在温度180℃下保温24h，得到了长度约2μm、平均直径约60 nm的钛酸铈纳米棒浅黄色絮状产物。

实施例2

将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，钛酸四丁酯与乙酸铈占水溶剂重量的8%，SDS占水重量的7%。在温度180℃下保温12h，得到了长度约2μm、平均直径约60 nm的钛酸铈纳米棒浅黄色絮状产物。

实施例3

将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，钛酸四丁酯与乙酸铈占水溶剂重量的6%，SDS占水重量的5%。在温度180℃下保温6h，得到了长度约2μm、平均直径约60nm的钛酸铈纳米棒浅黄色絮状产物。

实施例4

将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，钛酸四丁酯与乙酸铈占水溶剂重量的5%，SDS占水重量的5%。在温度150℃下保温24h，得到了长度约2μm、平均直径约60 nm的钛酸铈纳米棒浅黄色絮状产物。

实施例5

将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，钛酸四丁酯与乙酸铈占水溶剂重量的3%，SDS占水重量的10%。在温度150℃下保温12h，得到了长度约2μm、平均直径约60 nm的钛酸铈纳米棒浅黄色絮状产物。

实施例6

将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，钛酸四丁酯与乙酸铈占水溶剂重量的3%，SDS占水重量的3%。在温度180℃下保温2h，得到了长度约2μm、平均直径约60 nm的钛酸铈纳米棒浅黄色絮状产物。

实施例7

将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，钛酸四丁酯与乙酸铈占水溶剂重量的5%，SDS占水重量的3%。在温度120℃下保温12h，得到了长度约2μm、平均直径约60 nm的钛酸铈纳米棒浅黄色絮状产物。

实施例8

将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，钛酸四丁酯与乙酸铈占水溶剂重量的8%，SDS占水重量的5%。在温度100℃下保温24h，得到了长度约2μm、平均直径约60nm的钛酸铈纳米棒浅黄色絮状产物。

Claims

1.一种钛酸铈纳米棒，其特征在于，该钛酸铈纳米棒由CeTi₂₁O₃₈晶相构成，为菱方结构。

2.一种如权利要求1所述钛酸铈纳米棒的制备方法，其特征在于，该制备方法如下：

以钛酸四丁酯、乙酸铈作为原料，十二烷基硫酸钠（SDS）作为表面活性剂，水为溶剂，其中钛酸四丁酯与乙酸铈的摩尔比为1:2，将钛酸四丁酯、乙酸铈、SDS及水均匀混合后置于反应容器内并密封，于温度80～180℃下保温2～24h，所述钛酸四丁酯和乙酸铈的重量不大于水重量的10%，SDS的重量不大于水重量的10%，最终得到浅黄色絮状产物，即为目标产物：钛酸铈纳米棒。

3.如权利要求2所述钛酸铈纳米棒的制备方法，其特征在于，所述钛酸四丁酯和乙酸铈的重量占水重量的5%，SDS的重量占水重量的3%，在温度120℃下保温12h。