CN111392770B - 一种类梭状二氧化钛纳米晶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种类梭状二氧化钛纳米晶及其制备方法。二氧化钛纳米晶尺寸大小为两端宽约150nm，中间宽为200nm，长为500nm。晶相为锐钛矿结构；纳米晶由八个侧面为等效(101)晶面族，两端为(001)晶面构成的类梭状结构；二氧化钛纳米晶的制备方法采用醇水混合溶剂热方法，以氟钛酸氨为钛源配置离子溶液，利用已醇作为反应过程添加剂，反应产物为固态不溶的二氧化钛晶粒。本发明方法合成出的产物大小均一，且形貌高度一致；合成过程简单稳定、低成本、无有机残留，适合大批量商业生产的类梭状二氧化钛纳米晶。
Description
技术领域
本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种具有锐钛矿结构的类梭状二氧化钛纳米晶及其制备方法。
背景技术
二氧化钛是一种化学性质比较稳定的常用材料，由于其具有合适的带隙结构(3.2eV)从而体现出半导体特性，其在光催化、太阳能电池、医药添加剂及建筑材料等领域有着广泛的应用。由于材料的性能和其结构、大小及形貌等都有着密切的关系，通过控制合成条件可以合成出具有特定形貌以及暴露晶面的纳米材料，从而能够提高材料性能。前期的大量研究工作表明锐钛矿二氧化钛晶粒由于非常规的(001)晶面和常规的(101)晶面的暴露比例不同而体现出不同的光催化活性和选择性，因此合成具有不同形貌和不同晶面暴露比例的纳米二氧化钛对于研究其催化活性和选择性，提高材料性能具有十分重要的意义。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种类梭状二氧化钛纳米晶及其制备方法，本发明工作通过简单可行的化学方法合成了大小均一的锐钛矿二氧化钛晶粒，晶粒尺寸两端宽约150nm，中间宽为200nm，长500nm，其由(001)晶面及(101)等效晶面构成的类梭状结构。
本发明采用的技术方案如下：
一、一种类梭状二氧化钛纳米晶
所述二氧化钛纳米晶呈类梭状形貌，侧面为101等效晶面，两端为001晶面；二氧化钛纳米晶两端宽约150nm,中间宽为200nm，长为500nm。
所述二氧化钛纳米晶具有八个侧面。
所述二氧化钛纳米晶具有锐钛矿结构。
通过产物的形貌结构可以计算出(001)晶面与(101)等效晶面的占比约为1:10。
二、类梭状二氧化钛纳米晶的制备方法
包括以下步骤：
S1：取氟钛酸氨固体溶于水溶液中形成离子溶液，在离子溶液中加入乙醇；
S2：将步骤S1的混合液体倒入水热高压釜中，在60-120℃条件下加热24-48h；
氟钛酸氨在乙醇作用下与水反应如下：
S3：将步骤S2加热完毕后的液体自然冷却后倒出，在高速离心后得到白色沉淀物；
S4：将步骤S3的白色沉淀物冲洗后在200℃下烘干3h，得到产物大小均一，且形貌高度一致的二氧化钛纳米晶体材料。
所述步骤S1的离子溶液摩尔浓度为0.5-1.2M/L。
所述步骤S1中离子溶液的溶剂和乙醇的体积比为1:1-3。
所述步骤S3的离心速度为11000转/分。
所述二氧化钛纳米晶可广泛应用于光催化有机物降解、锂离子电池及医药添加剂等方面。
本发明提供了一种醇水混合溶剂热方法，合成过程简单稳定、低成本、无有机残留，适合大批量商业生产的类梭状二氧化钛纳米晶。
经过对样品的XRD分析可以证明该合成产物为具有锐钛矿结构的纳米二氧化钛，通过SEM及TEM的微观观察，可以发现该样品晶粒大小为200-300nm范围。
本发明的有益效果是：
1、本发明以氟钛酸氨为钛源配置离子溶液，利用乙醇作为反应过程添加剂。反应前驱体简单，反应产物为固态不溶的二氧化钛晶粒。
2、本发明采取低温醇水混合溶剂热法，整个反应过程控制温度不超过120摄氏度。
3、本发明方法合成出的产物大小均一，且形貌高度一致，为两端宽约150nm,中间宽为200nm，长500纳米的类似梭状二氧化钛晶粒，结晶度高，性能稳定。适合大批量工业化生产。
附图说明
图1为实施例1对应合成晶粒的侧面电镜图像。
图2为实施例1对应合成晶粒的正面电镜图像。
图3为实施例1对应合成晶粒的XRD图，对应二氧化钛锐钛矿结构。
图4为实施例1对应合成晶粒的上下端(001)晶面的电子衍射图。
图5为实施例1对应合成晶粒的侧面(101)晶面的电子衍射图。
图6为实施例2对应合成晶粒的透射电子图像。
图7为实施例2对应合成晶粒的XRD图，对应二氧化钛锐钛矿结构。
图8为实施例3对应合成晶粒的透射电子图像。
图9为实施例3对应合成晶粒的XRD图，对应二氧化钛锐钛矿结构。
图10为实施例3对应合成晶粒的透射电子图像。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
取0.96g的氟钛酸氨固体粉末溶于10ml去离子水溶液中，加入10ml的乙醇。将混合液倒入水热高压釜中，放置于电烘箱内，设置温度为60摄氏度。经过24小时的加热后自然降温。后将液体倒入离心管中高速离心后得到白色沉淀物。
将白色沉淀物冲洗后在200摄氏度下烘干3小时，得到二氧化钛纳米晶体材料。从附图3可以看出该纳米晶为锐钛矿相结构，从附图1和附图2可以看出产物粒径大小两端宽约150nm，中间宽为200nm，长500nm，形状类似梭状。经过电子衍射分析确认纳米晶粒的上下两端暴露晶面为(001)，面侧面为(101)面，详见附图4和附图5。
实施例2：
取1.20g的氟钛酸氨固体粉末溶于10ml去离子水溶液中，加入20ml的乙醇。将混合液倒入水热高压釜中，放置于电烘箱内，设置温度为80摄氏度。经过36小时的加热后自然降温。后将液体倒入离心管中高速离心得到白色沉淀物。
将白色沉淀物冲洗后在200摄氏度下烘干3小时，得到二氧化钛纳米晶体材料。从附图7可以看出该纳米晶为锐钛矿相结构，从附图6可以看出产物粒径大小为两端宽约150nm，中间宽为200nm，长500nm，形状类似梭状。
实施例3：
取1.96g的氟钛酸氨固体粉末溶于10ml去离子水溶液中，加入30ml的乙醇。将混合液倒入水热高压釜中，放置于电烘箱内，设置温度为120摄氏度。经过48小时的加热后自然降温。后将液体倒入离心管中高速离心得到白色沉淀物。
将白色沉淀物冲洗后在200摄氏度下烘干3小时，得到二氧化钛纳米晶体材料。从附图8和附图10可以看出产物粒径大小为两端宽约150nm，中间宽为200nm，长500nm，形状类似梭状。从附图9可以看出该纳米晶为锐钛矿相结构。
表1：本发明实施例的工艺条件对比表
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种类梭状二氧化钛纳米晶，其特征在于，所述二氧化钛纳米晶呈类梭状形貌，侧面为101等效晶面，两端为001晶面；二氧化钛纳米晶两端宽为150nm,中间宽为200nm，长为500nm。
2.根据权利要求1所述的一种类梭状二氧化钛纳米晶，其特征在于，所述二氧化钛纳米晶具有八个侧面。
3.根据权利要求1所述的一种类梭状二氧化钛纳米晶，其特征在于，所述二氧化钛纳米晶晶相为锐钛矿结构。
4.采用权利要求1～3任一所述的类梭状二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取氟钛酸氨固体溶于水溶液中形成离子溶液，在离子溶液中加入乙醇；
S2：将步骤S1的混合液体倒入水热高压釜中，在60-120℃条件下加热24-48h；
S3：将步骤S2加热完毕后的液体自然冷却后倒出，在高速离心后得到白色沉淀物；
S4：将步骤S3的白色沉淀物冲洗后在200℃下烘干3h，得到二氧化钛纳米晶体材料。
5.根据权利要求4所述的类梭状二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的离子溶液摩尔浓度为0.5-1.2M/L。
6.根据权利要求4所述的类梭状二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中离子溶液的溶剂和乙醇的体积比为1:1-3。
7.根据权利要求4所述的类梭状二氧化钛纳米晶的制备方法，其特征在于，所述步骤S3的离心速度为11000转/分。
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