CN106745231A - 一种锥形二氧化钛纳米棒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锥形二氧化钛纳米棒及其制备方法，其形貌为两头尖的锥形纳米棒，尺寸分布均匀，长度分布在200‑900 nm范围内，单个纳米棒的最大直径为75~85nm，属于单晶锐钛矿相，并且，该纳米棒具有裸露的{100}、{001}和{101}晶面；该纳米棒是通过以下方法制备得到的：以钛酸四异丙酯（TTIP）为原料，以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB）作复合模板，以氨水（NH3·H2O）调节溶剂的pH值，经过水热反应，煅烧，得到该锥形二氧化钛纳米棒。其在催化应用领域具有潜在的应用价值，通过适当调节反应条件可以在一定程度上对晶面比例做出适当的调控。

Description

一种锥形二氧化钛纳米棒及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种锥形二氧化钛纳米棒及其制备方法。
背景技术
TiO2材料由于其内在优点，比如：分布广泛，毒性低，稳定性好以及独特的光学和电子性能，其在光催化、燃料电池、锂离子电池和传感器等方面有广泛的应用。因此，不论是基础研究还是前沿领域，研究者们对TiO2材料的研究力度不断上升。
过去几十年，研究者们都致力于研究各种不同形貌的TiO2材料，如棒状、管状、球状、线状和3D分层结构等，不同的形貌对TiO2的性能有不同的影响。对于TiO2在性能方面的研究，形貌的控制是一种有效方法。申请公布号为CN 105967229 A(申请号201610299669.4)的中国专利公开了一种棒状二氧化钛的制备方法。该专利利用钛源在有机溶剂中的水热反应制备出所需产物，该专利虽然制得了不同晶型的二氧化钛，但对产物的晶面控制未做进一步探究。TiO2有三种晶型：锐钛矿、金红石、板钛矿。与其它两种晶型相比，锐钛矿相的晶体结构具有较小的原子堆积密度，而原子堆积密度可能与其吸收能力的强弱和活性位点(氧空位)的数量有关。因此，锐钛矿相的晶体结构可以实现更有效的电荷分离和较低的载流子复合率。但是，由于较高带隙能的存在使锐钛矿相TiO2的氧化还原驱动力较高，锐钛矿相TiO2在可见光和红外光下并无催化效力，降低了太阳能的利用效率。为了扩展其对可见光的光响应性能，研究者一直致力于研究通过掺杂或还原的方法缩小其带隙能。目前，有一种方法是在H2高压条件下制备带隙能较小的黑色锐钛矿相TiO2纳米粒子。
控制晶面是除改变带隙能外另一种改善锐钛矿相TiO2性能的有效方法。虽然，有研究结果表明，高能{001}或{100}{010}面锐钛矿相TiO2由于缺乏自发分离的电荷载体并不能保证高效的光催化效率。有研究者指出，这些高能晶面与低能{101}晶面在最佳比例下的协同作用能够形成独特的表面异质结，有利于电荷分离从而提高锐钛矿相纳米TiO2的光催化活性。Zhang等通过简单的溶胶水热法制备了裸露的高能{100}和{001}晶面和低能{101}晶面的棒状锐钛矿相TiO2并将其用于光催化制氢，呈现出较好的催化性能，此方法在较高的水热温度(200℃)时形成的样品较好，耗能高(Linlin Zhang,Long Tian,YongxinLiu et al.J.Mater.Chem.A,2015,00,1-8)。
综上所述，有必要进一步研究新的方法来控制锐钛矿相TiO2的晶面，以改善锐钛矿相TiO2的性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种锥形二氧化钛纳米棒，其形貌为两头尖的锥形纳米棒，尺寸分布均匀，长度分布在200-900nm范围内，单个纳米棒的最大直径为75～85nm，晶型为单晶锐钛矿相，并且，该纳米棒具有裸露的{100}、{001}和{101}晶面。
该锥形纳米棒是通过以下方法制备得到的：以钛酸四异丙酯(C12H28O4Ti，简称TTIP)为原料，以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)作复合模板，以氨水调节溶剂的pH值，经过水热反应，煅烧，得到该锥形二氧化钛纳米棒。
其中，各原料的质量比为
TTIP:NH3·H2O:CTAB:DDAB＝1:(1.14-2.28):(0.25-0.75):(0.25-0.75)。
本发明还提供所述锥形二氧化钛纳米棒的制备方法，以钛酸四异丙酯(TTIP)为原料，以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)作复合模板，制备出的锥形二氧化钛纳米棒具有较好的形貌和较均匀的尺寸，该实验过程操作简单。其中在CTAB和DDAB的相互作用以及氨水的调解下产物的尺寸更均匀。实验过程中氨水调节了溶剂的pH值。另外，氨水也对TiO2的形貌调控起到了重要作用。
具体技术方案如下：
一种锥形二氧化钛纳米棒的制备方法，包括以下步骤：
(1)向水中分别加入CTAB和DDAB，然后再向该溶液中加入氨水，混合均匀，制备混合溶液a；
(2)将步骤(1)中的混合溶液a与钛酸四异丙酯混合均匀，得到悬浮液b；
(3)将步骤(2)中的悬浮液b进行水热反应；
(4)将步骤(3)中反应完毕的产物进行分离，洗涤，干燥，研磨后，煅烧，得到锥形二氧化钛纳米棒；
加入原料的质量比为TTIP:NH3·H2O:CTAB:DDAB＝1:(1.14-2.28):(0.25-0.75):(0.25-0.75)。
本发明通过选择钛源和模板的种类以及采用合适的pH调节剂和控制适当的工艺条件，得到具有特定形貌和晶面结构的二氧化钛纳米材料。其中，各原料的配比量对于得到特定形貌和晶面结构的纳米材料具有至关重要的影响，本发明经过大量的实验验证，得到了使得产物形貌规则、均匀且分散性较好的一组各原料的配比量的数据。经试验验证，不合适的原料配比量，无法得到晶体暴露面为{100}、{001}和{101}的纳米材料。
步骤(1)中，优选的，氨水的体积分数为1.7％。
优选的，混合均匀时搅拌的温度为32～37℃；更优选的，搅拌温度为35℃，在该温度下，CTAB、DDAB充分溶解并与氨水充分混合，为钛源加入之后的反应提供良好的环境。
优选的，加入氨水后搅拌2-3h；更优选的，搅拌2h。优点：将CTAB、DDAB和氨水充分搅拌均匀，利于两种表面活性剂和氨水充分发挥作用，为钛源加入之后的反应提供良好基础。本发明中氨水起到了调节溶液pH值的作用，同时，氨水对于调节最终产物的形貌起到了关键作用。
步骤(2)中，搅拌混匀反应12-36h；更优选的，搅拌混匀反应24h。优点：使钛源与由氨水以及CTAB和DDAB形成的溶液混合均匀。同时，适当的搅拌速度和搅拌时间能够使钛源与两种表面活性剂很好地结合，为之后在恒温箱中水热反应的充分进行提供条件。
本发明选用钛酸四异丙酯，目的是在一定的工艺条件下能够保证得到特定形貌的锥形纳米棒。
步骤(3)中，水热反应条件为150-180℃。水热反应24-48h；更优选的，180℃水热反应24h。优点：本发明采用水热法制备锥形二氧化钛纳米棒，这种方法较简便、易操作。经试验验证，本发明在此温度范围内制备的锥形二氧化钛纳米棒属于单晶锐钛矿相。如图4所示，XRD图表明该产物的结晶度较好，产物的这种性质使其在催化方面的应用有较好的性能。
水热反应的时间会影响本发明产物的形成，水热反应时间缩短时，产物并不能形成，随水热反应时间的增加，产物的成形性会变得更好，其大小也会变得更均匀。
水热反应温度对本发明产物的形成同样具有不可忽视的影响，水热反应温度过低，并不能形成锥形二氧化钛纳米棒。当水热反应温度增加到150℃，产物会逐渐形成较均匀的形貌，如图1所示。当水热反应温度再逐渐增加到180℃时，产物长度有所减短其形貌也变得更均匀。
步骤(4)中，优选的，干燥温度为50℃，干燥时间为12-24h；更优选的，50℃条件下干燥24h。优点：经水热反应制备的二氧化钛属于无定形的，该温度下干燥不会对产物的晶型产生影响，制备出的样品属于无定形的前驱体，为煅烧过程中的晶型变化做准备。
优选的，煅烧条件为在450℃条件下煅烧3-4h，更优选的，450℃条件下煅烧4h。优点：本发明的煅烧温度低，可以减少对能源的消耗。
本发明还提供所述锥形二氧化钛纳米棒在制备催化材料、传感材料或能源存储材料中的应用。本发明制备得到的锥形二氧化钛纳米棒在催化方面有更为广泛的应用，经过实验验证，本发明中锥形二氧化钛纳米棒对光催化制氢表现出较好的性能，因此在催化方面具有潜在的应用价值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)采用本发明的制备方法，以钛酸四异丙酯(TTIP)为原料，以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)作复合模板，以氨水调节溶液的pH值，经过水热反应，煅烧，制备得到的锥形二氧化钛纳米棒属于单晶锐钛矿相，具有裸露的高能{100}和{001}晶面和低能{101}晶面，其在催化应用领域具有潜在的应用价值。通过适当调节反应条件，如通过调控水热温度可以在一定程度上对产物形貌和晶面做出适当的调控。
(2)水热反应的产物干燥之后是无定型的前驱体，需要通过煅烧来实现产物晶型的转化。本发明纳米材料的制备采用简单易行的水热法。本发明在水热反应条件下制备的锥形二氧化钛纳米棒属于单晶锐钛矿相。如图4所示，这种性质使其在催化方面的应用有较好的性能。
(3).本发明以TTIP为原料，氨水为溶液pH调节剂，CTAB和DDAB为复合模板剂，在不同条件下制备出的锥形二氧化钛纳米棒大小均匀，长度分布在200-900nm范围内，利用复合模板制备出的产物形貌均匀。该制备过程操作简单，为锥形材料的制备提供参考。
(4)本发明中的氨水可以用作pH值调节剂，在该pH值下，CTAB与DDAB相互作用，为特定形貌产物的形成提供了保障。另外，氨水的存在还对最终的产物形貌起到关键的调节作用。
(5)本发明中的各个原料以及用量比例是实现本发明较重要的条件，尤其是，本发明中复合模板剂CTAB和DDAB以及用量比例是实现本发明所必需的条件，产物形貌会随着CTAB和DDAB的比例变化而变化，当两者比例变大时，产物形貌大小不均匀，成形性不好。当CTAB和DDAB的比例变小时，产物形貌较难分辨不易形成。本发明比例制备的产物形貌规则、均匀且分散性好。
附图说明
图1是本发明实施例2制备的锥形二氧化钛纳米棒的透射电镜图片(TEM)；
图2是本发明实施例2制备的锥形二氧化钛纳米棒的扫描电镜图片(SEM)；
图3是本发明实施例5制备的锥形二氧化钛纳米棒的透射电镜图片(TEM)；
图4是本发明实施例2制备的锥形二氧化钛纳米棒的广角X射线衍射图(XRD)。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为克服现有技术的不足，本发明提供一种锥形二氧化钛纳米棒的制备方法，包括以下步骤：
(1)向水中分别加入CTAB和DDAB，然后再向该溶液中加入体积分数为1.7％的氨水，恒温匀速搅拌制备混合溶液a；
其中，搅拌过程中的温度为32～37℃；优选：搅拌温度为35℃。
加入氨水后搅拌2-3h，优选：搅拌2h。
(2)将TTIP加入到由上述步骤(1)制备的混合溶液a中，恒温匀速搅拌，得到悬浮液b；
其中，加入TTIP后搅拌混匀反应12-36h，优选：搅拌混匀反应24h。
(3)将由步骤(2)制得的悬浮液b转移至反应釜中，置于恒温箱中，在适当的温度下进行水热反应；
其中，水热反应条件为150-180℃水热反应24-48h，优选：180℃水热反应24h。
(4)将由步骤(3)制备的产物进行离心，洗涤，干燥，研磨后，煅烧，得到锥形二氧化钛纳米棒；
其中，干燥温度为50℃，干燥时间为12-24h，优选：50℃条件下干燥24h。
煅烧条件为在450℃条件下煅烧3-4h，优选：450℃条件下煅烧4h。
加入原料的质量比为TTIP:NH3·H2O:CTAB:DDAB＝1:(1.14-2.28):(0.25-0.75):(0.25-0.75)。
经过上述方法制备出锥形二氧化钛纳米棒，尺寸分布均匀，长度分布在400-900nm范围内，具有裸露的高能{100}和{001}晶面和低能{101}晶面。
本发明通过选择特定的钛源、复合模板剂和pH调节剂以及各个原料的特定配比量，并通过控制合成纳米材料的工艺条件，制备得到具有特定形貌和晶面结构的二氧化钛纳米材料。各个原料组分以及配比关系为一个整体。发明人在研发过程中发现，替换上述原料的任何一种原料组分，或者改变原料的配比关系，则不能得到理想的二氧化钛的纳米材料，其理想的二氧化钛纳米材料应为：其形貌为两头尖的锥形纳米棒，尺寸分布均匀，长度分布在200-900nm范围内，晶型为单晶锐钛矿相，具有裸露的高能{100}和{001}晶面和低能{101}晶面。当改变某一条件时，对于本领域技术人员而言，其结果(纳米材料的形貌或结构)并不具有可预期性，因为涉及的影响因素很多，本发明人通过探究一系列的影响因素，以得到理想的二氧化钛的纳米材料为出发点，采用钛酸四异丙酯(TTIP)为原料，采用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)作复合模板，采用氨水调节溶剂的pH值，经过水热反应，煅烧，得到目标产物二氧化钛纳米棒。
本发明制备得到的锥形二氧化钛纳米棒在催化方面有更为广泛的应用，经过实验验证，本发明中锥形二氧化钛纳米棒对光催化制氢表现出较好的性能，因此在催化方面具有潜在的应用价值。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌12h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于150℃恒温箱中水热反应24h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
实施例2
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP滴加到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于150℃恒温箱中水热反应24h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
用透射电镜和扫描电镜观察，如图1和图2所示，该方法制备的锥形二氧化钛纳米棒，其形貌为两头尖的锥形纳米棒，单个纳米棒的最大直径为80nm左右，分散性好并且大小也比较均匀。经450℃煅烧后结构稳定，长度分布在600-900nm范围内。晶型为单晶锐钛矿相，并且，该纳米棒具有裸露的高能{100}和{001}晶面和低能{101}晶面。
如图4所示，XRD图表明该产物的结晶度较好，产物的这种性质使其在催化方面的应用有较好的性能。
实施例3
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP滴加到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌36h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于150℃恒温箱中水热反应24h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
实施例4
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于150℃恒温箱中水热反应36h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
实施例5
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于180℃恒温箱中水热反应24h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
用透射电镜观察，如图3所示，该温度下制备的锥形二氧化钛纳米棒其分散性较好，其形貌为两头尖的锥形纳米棒，单个纳米棒的最大直径为80nm左右，长度分布在200-500nm范围内，相较于150℃条件下的产物长度有所减小。
实施例6
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于180℃恒温箱中水热反应36h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
实施例7
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于180℃恒温箱中水热反应48h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
实施例8
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于160℃恒温箱中水热反应24h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
对上述实施例中的产物进行测试，水热反应时间缩短时，产物较难形成。随水热反应时间的增加，产物破碎越来越严重。当水热温度降低时不能得到所需产物，当水热温度过高时产物破裂越来越严重。通过探究一系列影响因素，发明人得出本文实验条件为最优条件，产物的形貌规则、均匀且分散性好。
以上制备得到的锥形二氧化钛纳米棒在催化方面有更为广泛的应用，经过实验验证，本实施例中锥形二氧化钛纳米棒对光催化制氢表现出较好的性能，因此在催化方面具有潜在的应用价值。
对比例1
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于120℃恒温箱中水热反应24h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
经测试，在该温度下制备的二氧化钛样品并不能形成锥形形貌，同时也不能形成二氧化钛的单晶锐钛矿相。
对比例2
向温度为35℃的40mL去离子水中分别加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4gTTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于150℃恒温箱中水热反应6h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
此次试验中，在该温度下水热时间过短，二氧化钛样品并不能形成锥形形貌，同时也不能形成二氧化钛的单晶锐钛矿相。
对比例3
向温度为35℃的40mL去离子水中加入0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4g TTIP加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于150℃恒温箱中水热反应24h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
在该水热温度下，不加入CTAB条件下，二氧化钛样品并不能形成锥形形貌，同时也不能形成二氧化钛的单晶锐钛矿相。
对比例4
向温度为35℃的40mL去离子水中加入0.15g的CTAB和0.15g的DDAB匀速搅拌过夜，然后在该溶液中加入体积比为1.7％的氨水0.68mL，搅拌2h，得到混合溶液；将0.4g钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)加入到上述混合溶液中，恒温匀速搅拌24h，得到乳白色悬浮液；将上述制得的乳白色悬浮液转移至反应釜后，置于150℃恒温箱中水热反应24h；将上述水热反应后的乳白色悬浮液进行离心，洗涤，干燥，研磨后，在450℃条件下煅烧4h，得到二氧化钛粉末。
在该实验条件下，改变加入钛源的种类，二氧化钛样品并不能形成锥形形貌，同时也不能形成二氧化钛的单晶锐钛矿相。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种锥形二氧化钛纳米棒，其特征是：其形貌为两头尖的锥形纳米棒，尺寸分布均匀，长度分布在200-900 nm范围内，单个纳米棒的最大直径为75~85nm，晶型为单晶锐钛矿相，并且，该纳米棒具有裸露的{ 100 }、{ 001 }和{ 101 }晶面；该纳米棒是通过以下方法制备得到的：以钛酸四异丙酯（TTIP）为原料，以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB）作复合模板，以氨水（NH3·H2O）调节溶剂的pH值，经过水热反应，煅烧，得到该锥形二氧化钛纳米棒；
其中，各原料的质量比为TTIP:NH3·H2O:CTAB:DDAB=1:(1.14-2.28):(0.25-0.75):(0.25-0.75)。
2.权利要求1所述的锥形二氧化钛纳米棒的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）向水中分别加入CTAB和DDAB，然后再向该溶液中加入氨水，混合均匀，制备混合溶液a；
（2）将步骤（1）中的混合溶液a与钛酸四异丙酯混合均匀，得到悬浮液b；
（3）将步骤（2）中的悬浮液b进行水热反应；
（4）将步骤（3）中反应完毕的产物进行分离，洗涤，干燥，研磨后，煅烧，得到锥形二氧化钛纳米棒；
加入原料的质量比为TTIP:NH3·H2O:CTAB:DDAB=1:(1.14-2.28):(0.25-0.75):(0.25-0.75)。
3. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，混合均匀时搅拌的温度为32~37 °C；更优选的，搅拌温度为35 °C。
4. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，加入氨水后搅拌2-3 h；优选的，搅拌2 h；优选的，氨水的体积分数为1.7%。
5. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，搅拌混匀反应12-36 h；优选的，搅拌混匀反应24 h。
6. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（3）中，水热反应条件为150-180 °C水热反应24-48 h；优选的，180 °C水热反应24h。
7. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（4）中，干燥温度为50 °C，干燥时间为12-24 h；优选的，50 °C条件下干燥24 h。
8. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是：步骤（4）中，煅烧条件为在450 °C条件下煅烧3-4 h，优选的，450 °C条件下煅烧4 h。
9.权利要求1所述的锥形二氧化钛纳米棒在制备催化材料、传感材料或能源存储材料中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征是：所述的锥形二氧化钛纳米棒在制备光催化制氢催化剂中的应用。
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