CN105129849A - 花状二氧化钛纳米材料及其无模板制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种花状二氧化钛纳米材料及其无模板制备方法。本发明采用无模板法，以水为溶剂，硫酸氧钛（TiOSO₄）为钛源，在盐酸的作用下，采用简单的水热合成方法，即得具有独特花状结构的TiO₂纳米材料。从XRD谱图可以看出，制得的TiO₂纳米材料为典型的金红石结构。该法制备的花状TiO₂纳米材料在新能源及光电器件等领域具有潜在的应用前景。

Description

花状二氧化钛纳米材料及其无模板制备方法

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛纳米材料及其制备方法，特别是一种花状二氧化钛纳米材料及其无模板制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种非常重要的半导体金属氧化物，由于其具有折射率高，着色力强，无毒安全，且分散性好的特点，在耐化学腐蚀性和热稳定性特别是氧化能力等方面均显示出良好的性能，因此有着许多实际的应用，如太阳能电池、光催化、锂离子电池、气体传感器和药物运载工具等。

最近十几年来，二氧化钛纳米材料的制备、改性和应用都有新的突破。但由于二氧化钛的结构和形貌大大影响其性能结果，因此具有特定晶型和微观形貌结构的二氧化钛纳米材料的可控合成，在材料制备域和实际应用中都具有非常重要的意义。越来越多的研究集中到具有特殊的形态和性质的二氧化钛纳米或微米结构的设计上。目前，已经开发出的二氧化钛纳米材料拥有各种不同的结构和形貌，如球形、棒状、纤维管和互联架构等。纳米材料的制备方法有很多，其中模板法是合成纳米材料的一种非常重要的技术，利用其空间限域作用和结构导向作用可对合成材料的尺寸、形貌、结构和排列等进行有效的调控。然而，模板法也不可避免地存在一定的问题，如缺乏稳定性、不能完美复制、操作繁琐以及生产成本较高等。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种花状二氧化钛纳米材料。

本发明的目的之二在于提供该花状二氧化钛纳米材料无模板制备方法，本方法可以得到形貌均一，具有独特花状结构的二氧化钛纳米材料。

本发明采用以下技术方案达到上述目的：

一种花状二氧化钛纳米材料，其特征在于该材料是由多个二氧化钛纳米棒呈辐射状组装而形成的金红石相的纳米微球，其粒径为400nm～1μm。

上述的花状二氧化钛纳米材料的无模板制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将浓盐酸溶于去离子水和乙二醇中任一种或两种的混合溶液中，配制成浓度为0.5-1mol/L的溶液；

b.将硫酸氧钛加入到步骤a所得溶液中，继续搅拌，使其混合均匀；

c.将步骤b所得混合溶液在120～180℃条件下反应6～24h；产物用去离子水和乙醇反复洗涤、离心分离后，烘干，最后在400～600℃煅烧2h，即得花状二氧化钛纳米材料。

本发明采用无模板法，以水（或乙二醇）、盐酸和硫酸氧钛（TiOSO₄）为原料，TiOSO₄在溶剂和盐酸的作用下先水解生成钛的前驱体，通过进一步的水热过程，制备出具有独特花状结构的二氧化钛纳米材料。本发明方法具有操作简单，反应条件温和，原料易得，成本低等优点。通过此方法制备的二氧化钛纳米材料具有独特的花状结构，有着广阔的工业应用前景。可用于新能源及光电器件等领域。

附图说明

图1为本发明实施例1中所得花状TiO₂纳米材料的XRD谱图。

图2为本发明实施例1中所得花状TiO₂纳米材料的SEM图片。

图3为本发明实施例1中所得花状TiO₂纳米材料的TEM图片。

图4为本发明实施例2中所得毛刺花状TiO₂纳米材料的TEM图片。

具体实施方式

所有实施例均按上述技术方案的操作步骤进行操作。

实施例1

a.用量筒量取60ml去离子水，放入烧杯中混合，加入2ml浓盐酸搅拌均匀；

b.用电子天平称取50mg硫酸氧钛加入到上述溶液中继续搅拌40min，使其混合均匀；

c.将上述混合溶液倒入带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在180℃条件下反应24h；

d.反应完成后，将产物从反应釜中取出，用去离子水和乙醇反复洗涤、离心后，将产物在60℃下烘干，最后将其置于马弗炉空气气氛中，500℃煅烧2h，即得本发明制备的花状TiO₂纳米材料。

将所制得的样品进行物性表征，其部分结果如附图所示。所得材料为花状结构，其粒径在1μm左右。

实施例2

本实施例的制备过程和步骤与实施例1基本相同，不同的是在于a步骤：

用量筒量取60ml乙二醇，放入烧杯中混合，加入2ml浓盐酸搅拌均匀。

所得结果与实施例1有明显差别，制得的TiO₂为花状结构，但其表面是明显的毛刺状，且粒径在400nm左右。

实施例3

本实施例的制备过程和步骤与实施例1基本相同，不同的是在于a步骤：

用量筒分别量取40ml去离子水和20ml乙二醇，放入烧杯中混合，加入2ml浓盐酸搅拌均匀。

所得结果与实施例2相比，得到的TiO₂纳米材料粒径较大，在1μm左右。

参见附图，图1为本发明实施例1所得花状TiO₂纳米材料的XRD谱图。XRD分析：在日本RigaKuD/max-2550型X射线衍射仪上进行；采用CuKα衍射。从图1中可知，本发明所得花状TiO₂纳米材料在煅烧前后都是典型的金红石结构，与标准谱图（PDFNo:21-1276）相一致，未见其它杂峰，结晶度高，证明其为纯相的晶体结构。

参见附图，图2为本发明实施例1所得花状TiO₂纳米材料的扫描电镜（SEM）图片。SEM分析：采用日本电子公司JSM-6700F型发射扫描电子显微镜观察材料形貌。从中可知，本发明制得的TiO₂纳米材料，具有明显的花状结构，形貌均一，粒径约为1μm。

参见附图，图3为本发明实施例1所得花状TiO₂纳米材料的透射电镜（TEM）图片。TEM分析：采用日本电子株式会社JEOL-200CX型透射电子显微镜观察材料形貌和结构。从TEM图片可以看出，本发明制得的花状TiO₂纳米材料，是由多个纳米棒从内向外生长，组装而形成的独特结构，所得结果与SEM分析一致。

参见附图，图4为本发明实施例2所得毛刺花状TiO₂纳米材料的透射电镜（TEM）图片。TEM分析：采用日本电子株式会社JEOL-200CX型透射电子显微镜观察材料形貌和结构。从中可以看出，本发明实施例2制得的TiO₂纳米材料，具有明显的毛刺状结构，形貌均一，粒径在400nm左右。

Claims (2)

1.一种花状二氧化钛纳米材料，其特征在于该材料是由多个二氧化钛纳米棒呈辐射状组装而形成的金红石相的纳米微球，其粒径为400nm～1μm。

2.根据权利要求1所述的花状二氧化钛纳米材料的无模板制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将浓盐酸溶于去离子水和乙二醇中任一种或两种的混合溶液中，配制成浓度为0.5-1mol/L的溶液；

b.将硫酸氧钛加入到步骤a所得溶液中，继续搅拌，使其混合均匀；

c.将步骤b所得混合溶液在120～180℃条件下反应6～24h；产物用去离子水和乙醇反复洗涤、离心分离后，烘干，最后在400～600℃煅烧2h，即得花状二氧化钛纳米材料。