CN112758979A - 一种金红石TiO2单晶纳米棒材料、其制备方法和用途 - Google Patents
一种金红石TiO2单晶纳米棒材料、其制备方法和用途 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种金红石TiO2单晶纳米棒材料、其制备方法和用途。所述金红石TiO2单晶纳米棒材料制备方法包括如下步骤：(1)将钛酸酯与中性水溶液混合，得到混合溶液；(2)将所述混合溶液加热，得到溶胶；(3)将所述溶胶与盐酸溶液混合，得到前驱体，将所述前驱体进行水热反应，得到金红石TiO2单晶纳米棒材料。本发明通过溶胶‑水热法联用，利用盐酸中氯离子的稳定和导向作用制备得到了金红石TiO2单晶纳米棒，其具有形貌规则、均匀稳定、单分散性好、结晶性好、产品纯度高、在太阳光与紫外光下具有高光催化活性等优点；且制备方法操作简单、环境友好，反应条件温和、能耗低，成本低廉、产量大，更有利于实际应用。
Description
技术领域
本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种金红石TiO2单晶纳米棒材料、其制备方法和用途。
背景技术
纳米TiO2是当今研究的热点，并与其它纳米材料一起被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米TiO2吸收和散射紫外线能力强，使其成为优良的紫外线屏蔽剂，可用于防晒护肤品、涂料等领域。纳米TiO2的光催化活性高，在环境污染物降解和抗菌自洁等领域具有重要应用价值。纳米TiO2还具有光电转换性能，可作为光电电池材料，在太阳能转换方面显示巨大的应用潜力。TiO2有板钛矿、锐钛矿和金红石三种常见的晶型，不同晶型、不同形貌的纳米TiO2颗粒，表现出来独特的物理和化学特性。其中，易于合成的一维棒状纳米TiO2单晶金红石具有大的比表面积，其表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，由于其特殊的一维棒状结构，导致棒状金红石纳米TiO2颗粒的热、光、敏感特性和表面稳定性等方面不同于常规粒子，这就使得它在环境、信息、材料、能源、医疗与卫生等领域有着广阔的应用前景。目前，常见水热法合成的金红石纳米TiO2颗粒，其形貌不规则、尺寸大小不均匀、分散性差、团聚严重，这大大降低了纳米TiO2的稳定性和光催化活性。有研究者采用表面修饰的方法来提高金红石纳米TiO2颗粒的分散性和稳定性，但操作繁琐、收效甚微。因此，制备均匀稳定、单分散性好的金红石TiO2单晶纳米棒具有重要意义。
CN102285685B公开了一种纳米棒状金红石TiO2介晶及其制备方法和应用，所述纳米棒状金红石TiO2介晶由3～5nm的超细纳米线组成，其长度为200～300nm，直径为50～80nm。该材料用于电极材料，性能尚佳。但其在水相中分散性差，应用于光催化领域活性不高。
CN102336435B公开了一种多孔金红石TiO2介晶及其制备方法和应用，该多孔金红石TiO2介晶是八面体状或纳米棒状中的一种或两种的混合物；八面体状介晶的粒径为100～300nm；纳米棒状介晶的长度为250～400nm，直径为60～100nm。但是该材料纯度不高，易造成光生电子和光生空穴复合，限制了其光催化活性。
因此，本领域需要开发一种新的金红石TiO2单晶材料的制备方法，所述方法制备的金红石TiO2单晶材料形貌规则，且具有优异的光催化活性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金红石TiO2单晶纳米棒材料、其制备方法和用途。所述材料为金红石TiO2单晶纳米棒材料，其具有形貌规则、均匀稳定、单分散性好、结晶性好、纯度高、且在太阳光与紫外光下具有高光催化活性等特点。
本发明的目的之一在于提供一种金红石TiO2单晶纳米棒材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将钛酸酯与中性水溶液混合，得到混合溶液；
(2)将所述混合溶液加热，得到溶胶；
(3)将所述溶胶与盐酸溶液混合，得到前驱体，将所述前驱体进行水热反应，得到金红石TiO2单晶纳米棒材料。
本发明通过溶胶-水热法联用，该方法的使用有利于获得大长径比的金红石TiO2单晶纳米棒，有利于提高产品纯度和结晶性。本发明将钛源水溶液(混合溶液)热处理获得均匀的锐钛矿溶胶，继续混入盐酸，水热过程中，锐钛矿缓慢相转化为金红石相，在盐酸中氯离子的稳定和导向作用制备得到了金红石TiO2单晶纳米棒，其具有形貌规则、均匀稳定、单分散性好、结晶性好、产品纯度高、在太阳光与紫外光下具有高光催化活性等优点，且制备方法操作简单、环境友好，反应条件温和、能耗低、成本低廉，更有利于实际应用。
优选地，步骤(1)所述中性水溶液为去离子水或含有氯离子的水溶液，优选为含有氯离子的水溶液，进一步优选为1～4mol/L的氯化钠水溶液，例如1.2mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L、2mol/L、2.5mol/L、3mol/L或3.5mol/L等。
优选地，所述含有氯离子的水溶液包括氯化钠水溶液、氯化钾水溶液和氯化镁水溶液中的任意一种或至少两种的组合，优选为氯化钠水溶液，进一步优选为1～4mol/L的氯化钠水溶液，例如1.5mol/L、1.8mol/L、2mol/L、2.5mol/L、2.8mol/L、3mol/L、3.2mol/L、3.5mol/L或3.8mol/L等。
优选地，步骤(1)所述钛酸酯的分子式为Ti(OR)4，其中R为-CnH2n+1，n为2～4的整数，例如2、3或4。
优选地，所述钛酸酯包括钛酸丁酯和/或钛酸丙酯，优选为钛酸丁酯。
优选地，步骤(1)所述中性水溶液与钛酸酯的体积比为(6～30):1，例如7:1、8:1、10:1、12:1、15:1、18:1、20:1、22:1、25:1、26:1或28:1等。
优选地，步骤(1)所述钛酸酯与中性水溶液混合的过程包括：将钛酸酯滴加至中性水溶液中。
优选地，步骤(1)所述混合过程的温度<4℃，优选在4℃以下的冰水浴中，例如0℃、1℃、2℃或3℃等。
优选地，步骤(2)所述加热的温度为70～100℃，例如75℃、80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、92℃、95℃或98℃等。
优选地，步骤(2)所述加热的时间为3～6h，例如3.5h、3.8h、4h、4.2h、4.5h、4.8h、5h、5.2h、5.5h或5.8h等。
优选地，步骤(2)所述加热在水浴或油浴上进行，优选加热过程中进行冷凝回流。
优选地，步骤(2)之后，还包括：将得到的溶胶进行离心洗涤的过程。
优选地，步骤(3)所述盐酸溶液与步骤(1)中钛酸酯的体积比为(5～60):1，优选为(10～30):1，例如6:1、8:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1或55:1等。
本发明步骤(3)所述盐酸溶液与步骤(1)中钛酸酯的体积比为(5～60):1，体积比过小，盐酸溶液过少，样品容易团聚、活性下降；体积比过大，盐酸溶液过多，样品形貌和活性变化不大，但浪费原料；本发明中体积比在(10～30):1范围内，能取得最优效果。
优选地，步骤(3)所述盐酸溶液的浓度为2～6mol/L，例如2.2mol/L、2.5mol/L、3mol/L、3.2mol/L、3.5mol/L、4mol/L、4.5mol/L、5mol/L或5.5mol/L等。
本发明所述盐酸溶液的浓度为2～6mol/L，浓度过大，样品破碎、活性下降；浓度过小，样品为金红石和锐钛矿混合物，活性下降。
优选地，步骤(3)所述混合为搅拌混合，优选为磁力搅拌混合。
优选地，步骤(3)所述混合的时间为5～25min，例如8min、10min、12min、15min、17min、19min、20min、22min或24min等。
优选地，步骤(3)所述水热反应的温度为120～220℃，优选为160～180℃，例如130℃、140℃、150℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、190℃、200℃或210℃等。
本发明所述水热反应的温度为120～220℃，水热反应温度过高，样品严重聚集、活性降低；水热反应温度过低，样品结晶差，活性降低。
优选地，步骤(3)所述水热反应的时间为6～12h，优选为8～10h，例如7h、8h、8.5h、9h、9.5h、10h或11h等。
优选地，步骤(3)所述水热反应在聚四氟乙烯反应釜中进行。
优选地，步骤(3)所述水热反应之后，还包括超声，离心，洗涤和干燥的过程。
优选地，所述超声的时间为5～20min，例如6min、7min、8min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min或19min等。
优选地，所述超声的功率为80～100W，例如82W、85W、88W、90W、92W、95W或98W等。
优选地，所述洗涤为采用乙醇和水分别洗涤2～4次离心得到的沉淀物，例如2次、3次或4次。
优选地，所述干燥为室温干燥、60～80℃(例如62℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃或78℃等)鼓风干燥或-75～-50℃(例如-72℃、-70℃、-68℃、-65℃、-62℃、-60℃或-55℃等)冷冻干燥。
作为优选技术方案，本发明所述一种金红石TiO2单晶纳米棒材料制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将中性水溶液与钛酸酯按体积比为(6～30):1，在4℃以下的冰水浴中，将钛酸酯滴加至中性水溶液中，得到混合溶液；
(2)将所述混合溶液加热至70～100℃，保持3～6h，得到溶胶，将所述溶胶离心洗涤；
(3)将所述溶胶与浓度为2～6mol/L的盐酸溶液磁力搅拌混合5～25min，所述盐酸溶液与钛酸酯的体积比为(10～30):1，得到前驱体，将所述前驱体在聚四氟乙烯反应釜中，进行温度为160～180℃的水热反应8～10h，超声5～20min，离心，洗涤，干燥，得到金红石TiO2单晶纳米棒材料。
本发明的目的之二在于提供一种金红石TiO2单晶纳米棒材料，所述金红石TiO2单晶纳米棒材料通过目的之一所述的制备方法得到。
优选地，所述金红石TiO2单晶纳米棒材料的直径为15～40nm，例如16nm、18nm、20nm、22nm、25nm、28nm、30nm、32nm、35nm或38nm等。
优选地，所述金红石TiO2单晶纳米棒材料的长径比为(10～100):1，例如20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1或90:1等。
本发明的目的之三在于提供一种如目的之二所述金红石TiO2单晶纳米棒材料的用途，所述金红石TiO2单晶纳米棒材料用于光催化领域、太阳能电池领域、自清洁材料领域和杀菌抑菌领域中的任意一种或至少两种的组合。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过溶胶-水热法联用，利用盐酸中氯离子的稳定和导向作用制备得到了金红石TiO2单晶纳米棒，其具有形貌规则、均匀稳定、单分散性好、结晶性好、产品纯度高、在太阳光与紫外光下具有高光催化活性等优点。将本发明得到的产品分别在紫外光和AM1.5型模拟太阳光下光照2h降解罗丹明B光催化降解，在紫外光(350～360nm)下的降解率可达92％，在AM1.5型模拟太阳光下的降解率可达66％。
(2)本发明所述制备方法操作简单、环境友好，反应条件温和、能耗低、成本低廉，更有利于实际应用。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的金红石TiO2单晶纳米棒的SEM图；
图2为本发明实施例1制得的金红石TiO2单晶纳米棒的XRD图谱；
图3为本发明实施例1制得的金红石TiO2单晶纳米棒材料(A)、对比例3(B)中的金红石型TiO2颗粒和对比例4(C)中的金红石型TiO2颗粒在紫外光下降解罗丹明B光催化效果对比图；
图4为本发明实施例1制得的金红石TiO2单晶纳米棒材料(A)、对比例3(B)中的金红石型TiO2颗粒和对比例4(C)中的金红石型TiO2颗粒在太阳光下降解罗丹明B光催化效果对比图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
(1)向30mL 2mol/L的NaCl水溶液中，边搅拌、边逐滴滴加2mL钛酸丁酯，充分搅拌均匀，得到白色乳状液；
(2)将步骤(1)得到的白色乳状液置于80℃的水浴上反应，冷凝回流4h，形成白色溶胶；
(3)将步骤(2)中的溶胶离心洗涤后，分散在40mL 2.5mol/L盐酸水溶液中，磁力搅拌10min，分散均匀，置于100mL聚四氟乙烯反应釜中反应，反应温度为180℃，反应时长8h，得到的白色乳浊液；
(4)反应完毕后，将步骤(3)所得到的白色乳浊液超声分散10min，用无水乙醇洗涤2次，再用去离子水洗涤2次，-50℃冷冻干燥，得到平均直径为35nm，平均长径比为15:1的金红石TiO2单晶纳米棒材料。
图1为本实施例得到的金红石TiO2单晶纳米棒的SEM图，由图中可以看出，金红石TiO2单晶纳米棒材料形貌规则、尺寸均匀、性质稳定、单分散性好；
图2为本实施例得到的金红石TiO2单晶纳米棒的XRD图谱，由图中可以看出，本实施例得到的TiO2单晶纳米棒为金红石型，且不存在其它晶型，纯度高。
实施例2
(1)向30mL 2mol/L的NaCl水溶液中，边搅拌、边逐滴滴加2mL钛酸丁酯，充分搅拌均匀，得到白色乳状液；
(2)将步骤(1)中的白色乳状液置于80℃的油浴上反应，冷凝回流4h，形成白色溶胶；
(3)将步骤(2)得到的白色溶胶离心洗涤后，分散在40mL 6mol/L盐酸水溶液中，磁力搅拌10min，分散均匀，置于100mL聚四氟乙烯反应釜中反应，反应温度为180℃，反应时长8h，得到的白色乳浊液；
(4)反应完毕后，将步骤(3)所得到的白色乳浊液超声分散10min，用无水乙醇洗涤2次，再用去离子水洗涤2次，80℃鼓风干燥，得到平均直径为18nm，平均长径比为90:1的金红石TiO2单晶纳米棒材料。
实施例3
(1)向30mL 2mol/L的NaCl水溶液中，边搅拌、边逐滴滴加2mL钛酸丙酯，充分搅拌均匀，得到白色乳状液；
(2)将步骤(1)得到的白色乳状液置于80℃的水浴上反应，冷凝回流5h，形成白色溶胶；
(3)将步骤(2)中的溶胶白色离心洗涤后，分散在40mL 4mol/L盐酸水溶液中，磁力搅拌10min，分散均匀，置于100mL聚四氟乙烯反应釜中反应，反应温度为140℃，反应时长12h，得到的白色乳浊液；
(4)反应完毕后，将步骤(3)所得到的白色乳浊液超声分散10min，用无水乙醇洗涤2次，再用去离子水洗涤2次，60℃鼓风干燥，得到平均直径为29nm，平均长径比为40:1的金红石TiO2单晶纳米棒材料。
实施例4
(1)向90mL 2mol/L的NaCl水溶液中，边搅拌、边逐滴滴加6mL钛酸丁酯，充分搅拌均匀，得到淡黄色乳状液；
(2)将步骤(1)中的淡黄色乳状液置于80℃的水浴或油浴上反应，冷凝回流6h，形成白色溶胶；
(3)将步骤(2)中的溶胶离心洗涤后，分散在120mL 2mol/L盐酸水溶液中，磁力搅拌10min，分散均匀，置于200mL聚四氟乙烯反应釜中反应，反应温度为180℃，反应时长8h，得到的白色乳浊液；
(4)反应完毕后，将步骤(3)所得到的白色乳浊液超声分散10min，用无水乙醇洗涤2次，再用去离子水洗涤2次，室温干燥，得到平均直径为35nm，平均长径比为12:1的金红石TiO2单晶纳米棒材料。
实施例5
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述盐酸水溶液浓度为1mol/L。
实施例6
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述盐酸水溶液浓度为8mol/L。
实施例7
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述水热反应的温度为120℃。
实施例8
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述水热反应的温度为220℃。
实施例9
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述水热反应的温度为100℃。
实施例10
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述水热反应的温度为240℃。
实施例11
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述盐酸水溶液与步骤(1)中钛酸丁酯的体积比为4:1，即盐酸水溶液的体积为8mL。
实施例12
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述盐酸水溶液与步骤(1)中钛酸丁酯的体积比为65:1，即盐酸水溶液的体积为130mL。
实施例13
与实施例1的区别在于，步骤(1)中2mol/L的NaCl水溶液替换为等体积的去离子水。
对比例1
与实施例1的区别在于，步骤(1)所述钛酸酯替换为等摩尔量的四氯化钛。
对比例2
与实施例1的区别在于，步骤(3)所述盐酸水溶液替换为等体积和浓度的硫酸溶液。
对比例3
采用购自阿拉丁的粒径为25nm金红石型TiO2颗粒。
对比例4
采用购自麦克林的粒径为40nm金红石型TiO2颗粒。
图3为实施例1制得的金红石TiO2单晶纳米棒材料(A)、对比例3(B)中的金红石型TiO2颗粒和对比例4(C)中的金红石型TiO2颗粒在紫外光下降解罗丹明B光催化效果对比图，由图中可以看出，实施例1制备的金红石TiO2单晶纳米棒的光催化活性最高；
图4为实施例1制得的金红石TiO2单晶纳米棒材料(A)、对比例3(B)中的金红石型TiO2颗粒和对比例4(C)中的金红石型TiO2颗粒在AM1.5型模拟太阳光下降解罗丹明B光催化效果对比图，由图中可以看出，实施例1制备的金红石TiO2单晶纳米棒的光催化活性最高。
性能测试：
将各实施例和对比例得到的产品进行如下光催化性能测试：
(1)取0.01g金红石型TiO2光催化剂，加入50mL 25mg/L的罗丹明B水溶液中，避光条件下搅拌1h，使光催化剂与染料之间到达吸附-脱附平衡，用发射波长为350～360nm的高压氙灯从外部照射反应器，在光照过程中，每隔15min取样，10000r/min离心5min，取上层澄清液在紫外-可见分光光度计中进行测试，罗丹明B溶液的浓度对应于553.5nm处的吸光度；
(2)取0.01g金红石型TiO2光催化剂，加入50mL 25mg/L的罗丹明B水溶液中，避光条件下搅拌1h，使催化剂与染料之间到达吸附-脱附平衡，用AM1.5型模拟太阳光源从外部照射反应器，在光照过程中，每隔15min取样，10000r/min离心5min，取上层澄e清液在紫外-可见分光光度计中进行测试，罗丹明B溶液的浓度对应于553.5nm处的吸光度。
表1为各实施例和对比例得到的产品分别在紫外光和AM1.5型模拟太阳光下光照2h降解罗丹明B光催化降解率(％)对比数据。
表1
通过表1可以看出，本发明实施例所得金红石TiO2单晶纳米棒的光催化活性较高。
通过表1可以看出，本发明实施例5和实施例6相对于实施例1，在紫外光和AM1.5型模拟太阳光下降解罗丹明B的光催化降解率皆较低，因为实施例5中盐酸水溶液浓度过低，得到的样品为金红石和锐钛矿混合物，活性下降；实施例5中盐酸水溶液浓度过高，得到的样品破碎、活性下降，因此实施例5-6相对于实施例光催化降解率较低。
通过表1可以看出，本发明实施例7-10相对于实施例1，在紫外光和AM1.5型模拟太阳光下降解罗丹明B的光催化降解率皆较低，实施例1(180℃)在本发明优选参数范围内，性能优于未在优选范围内的端点值120℃(实施例7)和220℃(实施例8)；且实施例9-10(参数范围外点值)相对于实施例7-8性能相差过大；实施例9中水热反应温度过低，样品结晶差，活性降低；实施例10中水热反应温度过高，样品严重聚集、活性降低。
通过表1可以看出，本发明实施例11相对于实施例1，在紫外光和AM1.5型模拟太阳光下降解罗丹明B的光催化降解率较低，实施例11中钛酸丁酯的体积比为4:1，盐酸溶液过少，样品容易团聚、活性下降；实施例12中钛酸丁酯的体积比为65:1，体积比过大，盐酸溶液过多，样品形貌和活性变化不大，但浪费原料。
通过表1可以看出，本发明实施例13相对于实施例1，在紫外光和AM1.5型模拟太阳光下降解罗丹明B的光催化降解率较低，实施例13中将2mol/L的NaCl水溶液替换为等体积的去离子水，混合溶液热处理后，获得的锐钛矿溶胶均匀性较差，因此影响后续得到的产物形貌及性能。
通过表1可以看出，本发明对比例1相对于实施例1，在紫外光和AM1.5型模拟太阳光下降解罗丹明B的光催化降解率较低，对比例1中采用四氯化钛，为无机材料，本发明的制备方法对于无机材料的稳定和导向作用较差，因此得到的产品图聚较严重、活性降低；本发明对比例2采用硫酸溶液，不存在氯离子的稳定和导向作用，无法制备金红石TiO2单晶纳米棒，因此性能较差；本发明得到的金红石TiO2单晶纳米棒催化性能优于市售的金红石型TiO2颗粒(对比例3-4)。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。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 (10)
1.一种金红石TiO2单晶纳米棒材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将钛酸酯与中性水溶液混合，得到混合溶液；
(2)将所述混合溶液加热，得到溶胶；
(3)将所述溶胶与盐酸溶液混合，得到前驱体，将所述前驱体进行水热反应，得到金红石TiO2单晶纳米棒材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述中性水溶液为去离子水或含有氯离子的水溶液，优选为含有氯离子的水溶液；
优选地，所述含有氯离子的水溶液包括氯化钠水溶液、氯化钾水溶液和氯化镁水溶液中的任意一种或至少两种的组合，优选为氯化钠水溶液，进一步优选为1～4mol/L的氯化钠水溶液；
优选地，步骤(1)所述钛酸酯的分子式为Ti(OR)4，其中R为-CnH2n+1，n为2～4的整数；
优选地，所述钛酸酯包括钛酸丁酯和/或钛酸丙酯，优选为钛酸丁酯。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述中性水溶液与钛酸酯的体积比为(6～30):1；
优选地，步骤(1)所述钛酸酯与中性水溶液混合的过程包括：将钛酸酯滴加至中性水溶液中；
优选地，步骤(1)所述混合过程的温度<4℃，优选在4℃以下的冰水浴中。
4.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述加热的温度为70～100℃；
优选地，步骤(2)所述加热的时间为3～6h；
优选地，步骤(2)所述加热在水浴或油浴上进行，优选加热过程中进行冷凝回流；
优选地，步骤(2)之后，还包括：将得到的溶胶进行离心洗涤的过程。
5.如权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述盐酸溶液与步骤(1)中钛酸酯的体积比为(5～60):1，优选为(10～30):1；
优选地，步骤(3)所述盐酸溶液的浓度为2～6mol/L；
优选地，步骤(3)所述混合为搅拌混合，优选为磁力搅拌混合；
优选地，步骤(3)所述混合的时间为5～25min。
6.如权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述水热反应的温度为120～220℃，优选为160～180℃；
优选地，步骤(3)所述水热反应的时间为6～12h，优选为8～10h；
优选地，步骤(3)所述水热反应在聚四氟乙烯反应釜中进行；
优选地，步骤(3)所述水热反应之后，还包括超声，离心，洗涤和干燥的过程；
优选地，所述超声的时间为5～20min；
优选地，所述超声的功率为80～100W；
优选地，所述洗涤为采用乙醇和水分别洗涤2～4次离心得到的沉淀物；
优选地，所述干燥为室温干燥、60～80℃鼓风干燥或-75～-50℃冷冻干燥。
7.如权利要求1-6之一所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将中性水溶液与钛酸酯按体积比为(6～30):1，在4℃以下的冰水浴中，将钛酸酯滴加至中性水溶液中，得到混合溶液；
(2)将所述混合溶液加热至70～100℃，保持3～6h，得到溶胶，将所述溶胶离心洗涤；
(3)将所述溶胶与浓度为2～6mol/L的盐酸溶液磁力搅拌混合5～25min，所述盐酸溶液与钛酸酯的体积比为(10～30):1，得到前驱体，将所述前驱体在聚四氟乙烯反应釜中，进行温度为160～180℃的水热反应8～10h，超声5～20min，离心，洗涤，干燥，得到金红石TiO2单晶纳米棒材料。
8.一种金红石TiO2单晶纳米棒材料，其特征在于，所述金红石TiO2单晶纳米棒材料通过权利要求1-7之一所述的制备方法得到。
9.如权利要求8所述的金红石TiO2单晶纳米棒材料，其特征在于，所述金红石TiO2单晶纳米棒材料的直径为15～40nm；
优选地，所述金红石TiO2单晶纳米棒材料的长径比为(10～100):1。
10.一种如权利要求8或9所述金红石TiO2单晶纳米棒材料的用途，其特征在于，所述金红石TiO2单晶纳米棒材料用于光催化领域、太阳能电池领域、自清洁材料领域和杀菌抑菌领域中的任意一种或至少两种的组合。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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