CN104059648B - 一种一维TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法 - Google Patents

一种一维TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法 Download PDF

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一种一维TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法，属于无机材料技术领域。是在搅拌下将0.5～2g？CTAB和0.5～2mL正戊醇溶解到10～30mL环己烷中，将0.024～0.144mL浓度为1～3mol/L的硝酸铕水溶液、0～4mL氨水、1～3mL钛酸四丁酯在搅拌状态下滴加到上述溶液中；然后在140～200℃下水热反应30～60h，之后冷却至室温，离心分离产物，用乙醇和去离子水交替洗涤，之后在空气中40～70℃下干燥2～8h，得到最终产物。当体系中未加入氨水时，所得到的产品为TiO2纳米颗粒；当体系中加入氨水时，所得到的产品为TiO2纳米棒和纳米颗粒。不同形貌铕掺杂的TiO2纳米材料的发光均显示铕的特征红光发射。

Description

一种一维TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种铕离子掺杂的TiO2(TiO2:Eu3+)纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法。
背景技术
近年来，稀土掺杂纳米材料(如纳米带，纳米棒，纳米线和纳米颗粒)由于其独特的物理、化学性质以及广泛的应用引起了人们的广泛关注，并在高性能发光器件、太阳能电池、药物载体和生物医学应用等领域具有巨大的潜在应用价值。TiO2是一种具有优异光学性质的半导体主体材料。现有的稀土掺杂一维TiO2纳米材料的制备方法为以下几种：
(1)静电纺丝法(I.Cacciotti,A.Bianco,G.Pezzotti,G.Gusmano,Chemicalengineeringjournal,166,2011,751-764)；
(2)溶胶凝胶法(C.Leostean,M.Stefan,O.Pana,A.I.Cadis,R.C.Suciu,T.D.Silipas,E.Gautron,JournalofAlloysandCompounds,575,2013,29-39)；
(3)水热法(V.R.Bandi,C.M.Raghavan,B.k.Grandhe,S.S.Kim,K.Jang,D.-S.Shin,S.-S.Yi,J.-H.Jeong,ThinSolidFilms,547,2013,207-211)；
(4)酸催化水解法(Q.Zhang,W.Li,S.X.Liu,PowderTechnol,212,2011,145-150)。
无机纳米材料拥有独特的由尺寸和形貌决定的性质，因此研究可控合成不同形貌的稀土掺杂纳米材料吸引了广泛的研究。但上述方法只能制备出单一形貌的稀土掺杂的TiO2纳米材料。本发明通过调节反应过程中氨水的加入量，实现不同形貌的合成。不同形貌铕掺杂的TiO2纳米材料的发光均显示铕的特征红光发射，且纳米棒与纳米颗粒相比具有更强的发光强度。
发明内容
本发明的目的就在于弥补上述现有技术的不足，提供一种形貌可控的一维TiO2：Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法。
本发明提供一种TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法，其步骤如下：
(1)将0.5～2g溴化十六烷基三甲铵(CTAB)和0.5～2mL正戊醇溶解到10～30mL环己烷中，并将得到的混合溶液搅拌10～30min；
(2)将0.024～0.144mL浓度为1～3mol/L的硝酸铕水溶液和0～4mL氨水分别加入到上述混合溶液中，搅拌5～20min；
(3)将1～3mL钛酸四丁酯在搅拌状态下滴加到上述溶液中；
(4)将上述溶液转移到50～100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，140～200℃下反应30～60h，之后将反应釜自然冷却至室温；
(5)通过离心分离产物，用乙醇和去离子水交替洗涤，之后在空气中40～70℃下干燥2～8h，得到最终产物。
通过调节氨水用量，可以实现产物形貌的改变。当体系中未加入氨水时，所得到的产品为TiO2纳米颗粒；当体系中加入一定量的氨水时，所得到的产品为TiO2纳米棒。所得两种形貌纳米材料不需经过煅烧即为锐钛矿相结构。通过铕的掺杂，测试所制备的TiO2纳米材料的激发和发射光谱，所得到的发射光谱为铕的特征红光发射。研究表明，发光材料的发光强度受其形貌的影响，归根结底是由于各种形貌的表面缺陷差异导致的。就本发明而言，与纳米颗粒相比，TiO2：Eu3+纳米棒表面缺陷较少，因此具有更强的发光强度。
本发明的有益效果：通过水热过程制备出TiO2纳米棒和纳米颗粒。其形貌的改变是通过改变碱性物质的加入量。克服了制备纳米材料在制备方法上单一制备的缺点，解决了在制备方法的难题，是一种有效的制备一维纳米材料的方法。同时，不同形貌铕掺杂的TiO2纳米材料的发光均显示铕的特征红光发射。与纳米颗粒相比，纳米棒表面缺陷较少，因此具有更强的发光强度。此方法也可以应用于其他纳米金属氧化物的制备。
附图说明：
图1：本发明实施例制备的一维TiO2：Eu3+纳米发光材料的XRD谱图。a为纳米棒的XRD谱图，b为纳米颗粒的XRD谱图。
图2：反应体系中不加入氨水，140℃水热反应得到的纳米颗粒的SEM图片，纳米颗粒的粒径大约为5nm左右。
图3：反应体系中不加入氨水，160℃水热反应得到的纳米颗粒的TEM图片，纳米颗粒的粒径大约为5nm左右。
图4：反应体系中加入4mL氨水，180℃水热反应得到的纳米棒的SEM图片，纳米棒的直径大约为15-20nm，长度大约为20-50nm。
图5：反应体系中加入4mL氨水，200℃水热反应得到的纳米棒的TEM图片，纳米棒的直径大约为15-20nm，长度大约为20-50nm。
图6：一维铕掺杂的锐钛矿TiO2纳米棒和纳米颗粒的发射光谱，纳米棒的发光强度强于纳米颗粒。
具体实施方式
实施例1
(1)将0.5gCTAB和0.5mL正戊醇溶解到10mL环己烷中，并将得到的混合溶液搅拌10min。
(2)将0.024mL浓度为1mol/L的硝酸铕溶液和0mL氨水分别加入到上述溶液中，溶液继续搅拌5min。
(3)将1mL钛酸四丁酯在搅拌状态下滴加到上述溶液中。
(4)将溶液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，140℃下反应30h，之后将反应釜自然冷却至室温。
(5)通过离心分离产物，用乙醇和去离子水交替洗涤4次，之后在空气中40℃下干燥2h得到最终产物。
图2给出的为反应体系中不加入氨水，140℃水热反应得到的纳米颗粒的SEM图片。
实施例2
(1)将1gCTAB和1mL正戊醇溶解到环己烷中，并将得到的混合溶液搅拌20min。
(2)将0.048mL浓度为2mol/L的硝酸铕溶液和3mL氨水分别加入到溶液中。溶液继续搅拌10min
(3)将2mL钛酸四丁酯在搅拌状态下滴加到上述溶液中。
(4)将溶液转移到50mL的及聚四氟乙烯内衬的反应釜中，160℃下反应40h，之后将反应釜自然冷却至室温。
(5)通过离心分离产物，用乙醇和去离子水交替洗涤，之后在空气中50℃下干燥4h得到最终产物。
图3给出的为反应体系中不加入氨水，160℃水热反应得到的纳米颗粒的TEM图片。
实施例3
(1)将1.5gCTAB和1.5mL正戊醇溶解到环己烷中，并将得到的混合溶液搅拌30min。
(2)将0.072mL浓度为3mol/L的硝酸铕溶液和4mL氨水分别加入到溶液中。溶液继续搅拌15min
(3)将3mL钛酸四丁酯在搅拌状态下滴加到上述溶液中。
(4)将溶液转移到100mL的及聚四氟乙烯内衬的反应釜中，180℃下反应50h，之后将反应釜自然冷却至室温。
(5)通过离心分离产物，用乙醇和去离子水交替洗涤，之后在空气中60℃下干燥6h得到最终产物。
图4给出的为反应体系中加入4mL氨水，180℃水热反应得到的纳米棒的SEM图片。
实施例4
(1)将2gCTAB和2mL正戊醇溶解到环己烷中，并将得到的混合溶液搅拌30min。
(2)将0.096mL浓度为3mol/L的硝酸铕溶液和4mL氨水分别加入到溶液中。溶液继续搅拌20min
(3)将3mL钛酸四丁酯在搅拌状态下滴加到上述溶液中。
(4)将溶液转移到100mL的及聚四氟乙烯内衬的反应釜中，200℃下反应60h，之后将反应釜自然冷却至室温。
(5)通过离心分离产物，用乙醇和去离子水交替洗涤，之后在空气中70℃下干燥8h得到最终产物。
图5给出的为反应体系中加入4mL氨水，200℃水热反应得到的纳米棒的TEM图片。

Claims (6)

1.一种TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法，其步骤如下：
(1)将0.5～2g溴化十六烷基三甲铵和0.5～2mL正戊醇溶解到10～30mL环己烷中，搅拌；
(2)将0.024～0.144mL浓度为1～3mol/L的硝酸铕水溶液和0～4mL氨水分别加入到上述混合溶液中，搅拌；
(3)将1～3mL钛酸四丁酯在搅拌状态下滴加到上述溶液中；
(4)将上述溶液在反应釜内进行水热反应，之后自然冷却至室温；
(5)通过离心分离产物，洗涤干燥后得到TiO2:Eu3+纳米颗粒或纳米棒发光材料。
2.如权利要求1所述的一种TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的搅拌时间为10～30min。
3.如权利要求1所述的一种TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的搅拌时间为5～20min。
4.如权利要求1所述的一种TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)是在140～200℃下反应30～60h。
5.如权利要求1所述的一种TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)是用乙醇和去离子水交替洗涤。
6.如权利要求1所述的一种TiO2:Eu3+纳米颗粒和纳米棒发光材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)是在空气中40～70℃下干燥2～8h。
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