CN104722294A - 一种常压下Pt-TiO2纳米管制备技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常压下Pt-TiO₂纳米管制备技术，步骤如下：将TiO₂纳米粒子1份，NaOH8份和Pt³⁺0.1～0.5份置于坩埚内，充分混匀；将坩埚置于500～750℃的高温炉内熔融30分钟～60分钟后取出坩埚，然后冷却至室温形成碱熔熔块；将所述碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入适量的热蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于10mol/L；将烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；将所述干燥器置于110～130℃烘箱内保温2～5天进行水热反应，得到沉淀物；取出烧杯冷却至室温，蒸馏水洗涤至近中性；用体积比为2％的HNO₃洗涤三遍以上；将沉淀物转移至玻璃烧杯内，将内装沉淀物的玻璃烧杯置于高温炉内，以5℃/min的升温速度从室温升至500℃，煅烧2小时，冷却至室温，研磨所得沉淀物制得成品。本发明对纳米管的制作方法做出了改进和拓展。

Description

一种常压下Pt-TiO2纳米管制备技术

技术领域

本发明涉及纳米材料制备方法,特别涉及一种常压下Pt-TiO₂纳米管制备技术。

背景技术

TiO₂是一种重要的无机功能材料，因其具有活性高、稳定性好、无二次污染、对人体无害且价格便宜，在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等领域有广阔的应用。自1991年由Iijima发现碳纳米管以来，吸引了人们对纳米管材料研究的极大兴趣。TiO₂纳米管作为TiO₂纳米材料的一种存在形式。管状结构的二氧化钛因其长径比以及纳米尺度的中空孔道，如果能在管中装入更小的无机、有机、金属或磁性纳米粒子组装成复合纳米材料，则TiO₂纳米管的光电性能和催化活性将得到大大的改善。管径小于10nm的开口、中空TiO₂纳米管还往往表现出显著的尺寸效应，以及纳米管比纳米膜具有更大的比表面积，因而具有较高的吸附能力，大大改善TiO₂的光电、电磁及催化性能，进一步拓宽其在传感器、储氢材料、太阳能利用、光催化剂等领域应用。

TiO₂纳米管的制备方法，主要有水热法和阳极氧化法两种方法。操作简单、成本低廉的水热合成法是目前制备TiO₂纳米管最普遍的方法之一。水热法是指在高温下将TiO₂纳米颗粒与碱液(通常选用廉价的NaOH溶液)进行反应得到钛酸盐，再经过离子交换以及焙烧从而制备TiO₂纳米管的方法。据现有的文献报道：采用温和的水热法制备TiO₂纳米管的方法无外乎就是在高压釜内将TiO₂纳米颗粒与NaOH的水溶液进行混合，恒温数天，洗涤并煅烧钛酸盐沉淀，最终制得TiO₂纳米管。

Hong Rui Peng等采用锐钛矿相TiO₂纳米粒子与NaOH水溶液在更高的水热处理温度(>190℃)下合成反应，经500℃高温煅烧一小时，制得管径5-15nm、长度可达几百纳米至几微米的束状结构TiO₂纳米管。梁建等将一定浓度的NaOH水溶液50ml与市售的TiO₂粉体颗粒按一定的比例混合搅拌后，得到的白色悬浊液装入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，将高压釜放入加热炉后，升温至130℃，进行为期2～3天的恒温水热处理。白色沉淀物用去离子水洗涤至中性，粉体在60℃烘干，即得到TiO₂纳米管。Ming-dengWei等将市售试剂Na₂CO₃和锐钛矿TiO₂以1：3的比例进行混合，于1000℃高温融熔2h，融块被置于30ml高压釜内并在140～170℃保温5～18天。再经过滤、洗涤以及60℃下干燥4h后得到TiO₂纳米管产品。

本人使用碱熔-水热法，将AgNO₃引入TiO₂纳米管，制备了复合Ag-TiO₂纳米管材料，并对其形貌和性能进行了研究。本人于专利CN 101564688 B中公开了一种Ag-TiO₂纳米管的制作方法，为了更进一步拓展该工艺用于其它材料的制备中，本人提出了更为详细的制备方案，以获取Pt-TiO₂纳米管复合材料。

发明内容

针对上述现状，本发明经过进一步的研究，发明了一种Pt-TiO₂纳米管的制作方法，对本人专利CN 101564688 B中的方法做出了改进和拓展应用。

本发明所述的TiO₂纳米管是指一种主要有TiO₂组成，具有二维结构的纳米尺寸物质。如果有除去TiO₂以外其它物质构成其主要成分，称为复合纳米管。

碱熔是指在较高或高温的温度下，以碱性物质为熔剂，熔解熔质的一种操作。一般选用NaOH、NaCO₃等为熔剂。熔质在该条件下通常形成碱性物质，遇水溶剂作用，形成氧化物、氢氧化物或碳酸盐沉淀。

水热法是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在高温高压的条件下进行的化学反应

掺杂指在一种材料(基质)中，掺入少量一种或多种其他元素或化合物，以使材料(基质)产生特定的电学、磁学和光学性能，从而具有实际应用价值或特定用途的过程称为掺杂。本申请书中提及的金属元素Pt即为用于提高TiO₂纳米管特性的掺杂元素。

为实现上述目的本发明的技术方案是：

一种常压下Pt-TiO₂纳米管制备技术，包括如下步骤：

一种常压下Pt-TiO₂纳米管制备技术，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一)常压下，将TiO₂纳米粒子1份，NaOH8份和Pt³⁺0.1～0.5份置于坩埚内，充分混匀；

步骤二)将坩埚置于500～750℃的高温炉内熔融30分钟～60分钟后取出坩埚，然后冷却至室温形成碱熔熔块；

步骤三)将所述碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入适量的热蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于10mol/L；

步骤四)将聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；

步骤五)将所述干燥器置于110～130℃烘箱内保温2～5天进行水热反应，得到沉淀物；

步骤六)取出聚四氟乙烯塑料烧杯冷却至室温，蒸馏水洗涤沉淀物至近中性；

步骤七)用体积比为2％的HNO₃洗涤沉淀物三遍以上；

步骤八)将沉淀物转移至玻璃烧杯内，将内装沉淀物的玻璃烧杯置于高温炉内，以5℃/min的升温速度从室温升至500℃，煅烧2小时，冷却至室温，研磨所得沉淀物制得成品。

通过对本人专利CN 101564688 B的方法的改进，本发明提出一种较为优化、操作条件简便、材料制备效率更高以及性能优良可靠的复合Pt-TiO₂纳米管材料制备方法及其先关的多元复合纳米管材料，对专利CN101564688 B的方法进行了改进和拓展应用。

在常压条件下制备复合纳米管与使用高压釜制备工艺相比，在相同的制备时间内，该工艺制备纳米管的长度大幅提高，将由几百纳米提高至几微米长度；制备相同长度纳米管，所需时间可以缩短近50％；贵金属Pt的加入时机以及添加量适宜，获得了性质稳定的复合纳米管，而且有效地提高该复合纳米材料的光催化特性不低于20％。由于在高温条件下(500～750℃)纳米颗粒TiO₂与强碱已经形成钛酸盐，缩短了生成溶解性小的片状钛酸盐时间，与此同时加入掺杂元素Pt，形成钛酸铂的化合物，掺杂元素Pt参与TiO₂纳米管的晶格构成。研究表明：在较低的水热反应温度110～130℃和较短的水热时间2～5天即可获得的二元复合Pt-TiO₂纳米管或多元复合纳米管，并且其稳定性和化学特性如光催化性有所提高。

具体实施方式：

实施例1

一种常压下Pt-TiO₂纳米管制备技术步骤如下：

步骤一)常压下，将TiO₂纳米粒子1份，NaOH8份和Pt³⁺0.1份置于坩埚内，充分混匀；

步骤二)将坩埚置于750℃的高温炉内熔融20分钟后取出坩埚，然后冷却至室温形成碱熔熔块；

步骤三)将所述碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入适量的热蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于10mol/L；

步骤四)将聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；

步骤五)将所述干燥器置于130℃烘箱内保温2天进行水热反应，得到沉淀物；

步骤六)取出聚四氟乙烯塑料烧杯冷却至室温，蒸馏水洗涤至近中性；

步骤七)用体积比为2％的HNO₃洗涤三遍以上；

步骤八)将沉淀物转移至玻璃烧杯内，将内装沉淀物的玻璃烧杯置于高温炉内，以5℃/min的升温速度从室温升至500℃，煅烧2小时，冷却至室温，研磨所得沉淀物制得成品。

所述Pt³⁺也可在步骤五的水热反应中加入。

研究表明：本方法获得的二元复合Pt-TiO₂纳米管其稳定性和化学特性如光催化性有所提高。可提高该复合纳米材料的光催化特性不低于20％。

实施例2

一种常压下Pt-TiO₂纳米管制备技术步骤如下：

步骤一)常压下，将TiO₂纳米粒子1份，NaOH 8份和Pt³⁺0.5份置于坩埚内，充分混匀；

步骤二)将坩埚置于500℃的高温炉内熔融60分钟后取出坩埚，然后冷却至室温形成碱熔熔块；

步骤三)将所述碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入适量的热蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于10mol/L；

步骤四)将聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；

步骤五)将所述干燥器置于110℃烘箱内保温5天进行水热反应，得到沉淀物；

步骤六)取出聚四氟乙烯塑料烧杯冷却至室温，蒸馏水洗涤沉淀物至近中性；

步骤七)用体积比为2％的HNO₃洗涤沉淀物三遍以上；

步骤八)将沉淀物转移至玻璃烧杯内，将内装沉淀物的玻璃烧杯置于高温炉内，以5℃/min的升温速度从室温升至500℃，煅烧2小时，冷却至室温，研磨所得沉淀物制得成品。

研究表明：本方法获得的多元复合Pt-TiO₂纳米管其稳定性和化学特性如光催化性有所提高。可提高该复合纳米材料的光催化特性不低于20％。

以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种常压下Pt-TiO₂纳米管制备技术，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一)常压下，将TiO₂纳米粒子1份，NaOH8份和Pt³⁺0.1～0.5份置于坩埚内，充分混匀；

步骤二)将坩埚置于500～750℃的高温炉内熔融30分钟～60分钟后取出坩埚，然后冷却至室温形成碱熔熔块；

步骤三)将所述碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入适量的热蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于10mol/L；

步骤四)将聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；

步骤五)将所述干燥器置于110～130℃烘箱内保温2～5天进行水热反应，得到沉淀物；

步骤六)取出聚四氟乙烯塑料烧杯冷却至室温，蒸馏水洗涤沉淀物至近中性；

步骤七)用体积比为2％的HNO₃洗涤沉淀物三遍以上；

步骤八)将沉淀物转移至玻璃烧杯内，将内装沉淀物的玻璃烧杯置于高温炉内，以5℃/min的升温速度从室温升至500℃，煅烧2小时，冷却至室温，研磨所得沉淀物制得成品。