CN110002494B - 一种超细锐钛矿型TiO2纳米线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超细锐钛矿型TiO2纳米线及其制备方法。本发明是将钛前驱体溶于三氟乙酸和N,N‑二甲基甲酰胺的混合液中，在高压反应釜中进行加热，冷却后分离固体产物，即可得到超细锐钛矿型TiO2纳米线。本发明所述的制备方法操作简单、成本低廉，所制得的超细锐钛矿型TiO2纳米线长度为50～100nm，直径为2～5nm，是一种具备大规模商业化生产超细锐钛矿型TiO2纳米线的制备方法。

Description

一种超细锐钛矿型TiO2纳米线及其制备方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料制备领域，特别涉及一种超细锐钛矿型TiO2纳米线及其制备方法。
背景技术
纳米TiO2具有优异的光催化活性和优良的化学稳定性，在太阳电池、锂离子电池、光催化及化学传感器等方面有广阔的应用前景。因此，在缓解环境和能源危机方面起到了越来越重要的作用，被认为是最有应用前景的材料之一。
众所周知，影响TiO2光催化活性的因素有很多，包括粒径尺寸、形貌、晶型等。通过改变合成条件，人们已经制备了各种形貌的纳米TiO2，包括零维纳米粒子、一维纳米线和二维纳米片等。其中，一维纳米线由于具有很高的长径比，光生电子迁移速率高，因此，受到研究人员的广泛关注。传统的合成TiO2纳米线的工艺有模板法，化学气相沉积和水热法等。例如，CN 200610103722公开了一种从钛氧粉体出发，通过强碱性水热方法获得了大量的二氧化钛纳米线的方法。然而，其所得到纳米线的直径在200nm左右，比表面积较小。Liu等人利用饱和脂肪酸的特殊热物性和分子结构，发展了一种在常压玻璃容器中利用限域空间低温(150℃以下)生长单晶TiO2纳米线的工艺。该方法得到的实际是簇状TiO2纳米线，而非单根纳米线(Scientific Reports 2015，5，8129.)。天津大学曲兆娟以无机盐TiOSO4为原料，采用多孔氧化铝模板技术，通过液相的溶胶-电泳法，制备出直径为30～70nm的TiO2纳米线(化学工业与工程，2010，27，210-213.)。在上述的制备方法中，大部分需要高温或高压反应条件促使结晶，在水热法中甚至还要用到强酸和强碱等腐蚀性试剂，而且得到的TiO2纳米线的直径在十几到几十甚至几百纳米，尚未有文献或专利公布直径为几纳米的TiO2纳米线的制备方法。
本发明利用可溶性干凝胶为前驱体，采用简单的溶剂热合成法制备超细锐钛矿型TiO2纳米线，操作简便，成本低廉，具有大规模商品化生产前景。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种超细锐钛矿型TiO2纳米线。
本发明的另一目的是提供一种反应条件温和、所需设备简单、原料易得、适用于大规模商业生产的超细锐钛矿型TiO2纳米线的制备方法。
本发明的一种超细锐钛矿型TiO2纳米线及其制备方法，其特征是长度为 50～100nm，直径为2～5nm。
本发明一种超细锐钛矿型TiO2纳米线及其制备方法是将钛前驱体溶于三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，进行水热反应。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得超细锐钛矿型TiO2纳米线。
本发明所述的超细锐钛矿型TiO2纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：
将钛前驱体溶于三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，进行水热反应。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得超细锐钛矿型TiO2纳米线。
本发明的一个优选技术方案中，所述的钛前驱体选自钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯、四氯化钛、三氯化钛中的一种或几种混合物。
本发明的另又一个优选技术方案中，三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液二者体积比为1∶0.5～1∶5。
本发明的另又一个优选技术方案中，所述的水热反应温度为120℃～230℃，水热反应时间为10～48h。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，但需要指出的是以下实施例只是用于对本发明作进一步说明，不能理解为是对本发明所请求保护范围的限制。
附图说明
图1.本发明实施例1是超细锐钛矿型TiO2纳米线的透射电子显微镜照片。
图2.本发明实施例2是超细锐钛矿型TiO2纳米线的X-射线衍射图。
具体实施方式
实施例1
将5ml钛酸四正丁酯溶于40mL三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中(v∶v＝1∶0.5)，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，120℃水热反应48h。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得到长度约为70nm，直径约为2nm的超细锐钛矿型TiO2纳米线，如图1所示。
实施例2
将5ml四氯化钛溶于40mL三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中 (v∶v＝1∶1)，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，230℃水热反应10h。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得到长度约为100nm，直径约为5nm的超细锐钛矿型TiO2纳米线，如图2所示。
实施例3
将5ml钛酸四异丙酯溶于40mL三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中(v∶v＝1∶5)，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，200℃水热反应20h。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得到长度约为90nm，直径约为3nm的超细锐钛矿型TiO2纳米线。
实施例4
将5ml三氯化钛溶于40mL三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中 (v∶v＝1∶2)，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，180℃水热反应15h。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得到长度约为60nm，直径约为4nm的超细锐钛矿型TiO2纳米线。
实施例5
将5ml钛酸四乙酯溶于40mL三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中 (v∶v＝1∶0.8)，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，150℃水热反应12h。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得到长度约为50nm，直径约为2nm的超细锐钛矿型TiO2纳米线。
实施例6
将2.5ml四氯化钛和2.5ml三氯化钛混合物溶于40mL三氟乙酸和N，N- 二甲基甲酰胺的混合液中(v∶v＝1∶1)，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，220℃水热反应30h。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得到长度约为100nm，直径约为5nm的超细锐钛矿型TiO2纳米线。
实施例7
将2.5ml钛酸四正丁酯和2.5ml钛酸四异丙酯混合物溶于40mL三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中(v∶v＝1∶3)，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，130℃水热反应10h。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得到长度约为50nm，直径约为3nm的超细锐钛矿型 TiO2纳米线。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方案，但本发明并不限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (1)

1.一种超细锐钛矿型TiO2纳米线的制备方法，其特征是包括以下步骤：
将钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸四正丁酯、四氯化钛、三氯化钛中的一种或几种混合物溶于三氟乙酸和N, N-二甲基甲酰胺的混合液中，二者体积比为1:0.5~1:5；然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，进行溶剂热反应，反应温度为120°C～230°C，反应时间为10～48h；反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得超细锐钛矿型TiO2纳米线，长度为50~100nm，直径为2~5nm。
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