CN1807258A - 一种制备三维纳米花结构二氧化钛的方法 - Google Patents

一种制备三维纳米花结构二氧化钛的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的制备三维纳米花结构二氧化钛的方法，其步骤如下：将氢氟酸、硝酸与去离子水混合，配得酸洗液；在双氧水溶液中添加硝酸和四氮六甲圜，得反应液；金属钛板表面用酸洗液酸洗，浸没于反应液中，在60～80℃下反应48小时以上；反应后的钛片用去离子水清洗，干燥，在300～500℃保温至少10分钟。本发明采用的金属钛和过氧化氢水溶液直接反应制备“纳米花”结构的二氧化钛的方法简单、易行，成本低，制备的“纳米花”经热处理后保持定向规则形貌，结晶良好，晶粒细小，比表面积大，纯度高。

Description

一种制备三维纳米花结构二氧化钛的方法
技术领域
本发明涉及一种制备三维纳米花结构二氧化钛的方法。
背景技术
具有纳米结构的二氧化钛薄膜或粉末，由于其细小的晶粒尺寸、高的比表面积、独特的纳米尺寸效应等特殊性能，因此在光催化、气体传感器、太阳能电池、生物材料以及纳米器件等高科技领域有着广泛的应用。目前已经开发制备出多种零维和一维纳米结构的二氧化钛，如单分散球状纳米颗粒、纳米线、纳米纤维、纳米管、纳米棒等。三维纳米结构“纳米花”已经在C、GaP、ZnO以及一些硫化物如WS2、MoS2、Bi2S3等体系中制备出来。这些“纳米花”结构材料显示出一些独特而优异的物理化学性能，如场发射性能等。但是，尽管二氧化钛有着广泛的应用，“纳米花”结构的二氧化钛还没有出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种简便制备三维纳米花结构二氧化钛的方法。
本发明的制备三维纳米花结构二氧化钛的方法，包括以下步骤：
1)将质量百分比浓度为50～55％的氢氟酸、质量百分比浓度为65～68％的硝酸与去离子水按体积比1∶2～4∶5～7混合，得酸洗液；
2)在质量百分比浓度为20～30％的双氧水溶液中添加0.1～0.8摩尔/升的硝酸和0～0.02摩尔/升的四氮六甲圜，得反应液；
3)将金属钛板表面用上述酸洗液酸洗后，再用去离子水在超声波中清洗干净，然后浸没于反应液中，在60～80℃下反应48小时以上；
4)反应后的钛片用去离子水清洗，干燥后，在300～500℃保温至少10分钟。
本发明在热处理前“纳米花”结构二氧化钛为非晶结构；经热处理后获得具有锐钛矿结构，或锐钛矿和金红石混合晶型结构的二氧化钛“纳米花”。“纳米花”的直径为300～500纳米，由直径约数纳米的二氧化钛颗粒定向“融合”生长而成。
本发明采用的金属钛和过氧化氢水溶液直接反应制备“纳米花”结构的二氧化钛的方法简单、易行，成本低，制备的“纳米花”经热处理后保持定向规则形貌，结晶良好，晶粒细小，比表面积大，纯度高。
附图说明
图1为实施例1制备的表面覆盖“纳米花”结构二氧化钛的钛片的低倍场发射扫描电子显微镜照片；
图2为实施例1制备的表面覆盖“纳米花”结构二氧化钛的钛片的高倍场发射扫描电子显微镜照片；
图3为实施例1制备的“纳米花”结构二氧化钛的高倍场发射扫描电子显微镜照片；
图4为实施例1制备的表面覆盖“纳米花”结构二氧化钛的钛片的X-射线衍射图，图中，A：锐钛矿，Ti：钛；
图5为实施例2制备的表面覆盖“纳米花”结构二氧化钛的钛片的高倍场发射扫描电子显微镜照片；
图6为实施例2制备的表面覆盖“纳米花”结构二氧化钛的钛片的X-射线衍射图，图中，A：锐钛矿，R：金红石，Ti：钛；
图7为实施例3制备的表面覆盖“纳米花”结构二氧化钛的钛片的高倍场发射扫描电子显微镜照片；
图8为实施例4制备的表面覆盖“纳米花”结构二氧化钛的钛片的高倍场发射扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
以下结合实施例进一步阐述本发明方法。但本发明采用金属钛和过氧化氢水溶液直接反应制备纳米花结构的二氧化钛的方法不仅仅局限于下述实施例。
实施例1
步骤1  配制酸洗液
将质量百分比浓度为55％的氢氟酸、质量百分比浓度为65％的硝酸与去离子水按体积比1∶3∶6的比例混合，得酸洗液。
步骤2  金属钛板表面清洗
尺寸为5×5×0.01(cm3)金属钛板表面用上述混合酸在60℃温度下酸洗，而后用去离子水在超声波中清洗干净。
步骤3  配制反应液
50ml浓度为30％(质量百分比)双氧水溶液中依次添加1.0毫升浓度为63％(质量百分比)的硝酸和100毫克四氮六甲圜(纯度＞99.5％质量百分比)，得反应液。
步骤4  反应
将清洗干净的金属钛板浸没于50ml反应液中，在80℃下反应72小时。
步骤5  热处理
反应后的钛片用去离子水轻轻冲洗，干燥后置于马弗炉中400℃保温1小时。
反应结果
钛板表面均匀生成如图1和图2所示的“纳米花”结构二氧化钛，“纳米花”直径约300纳米。图3的高倍形貌显示，“纳米花”由直径约数纳米的二氧化钛颗粒定向“融合”生长而成。热处理前“纳米花”结构二氧化钛为非晶结构；图4显示，热处理后“纳米花”的晶体结构为纯锐钛矿结构。
实施例2
步骤1  配制酸洗液
同实施例1。
步骤2  金属钛板表面清洗
同实施例1。
步骤3  配制反应液
50ml浓度为30％(质量百分比)双氧水溶液中依次添加4.0毫升浓度为63％(质量百分比)的硝酸和100毫克四氮六甲圜(纯度＞99.5％质量百分比)，得反应液。
步骤4  反应
将清洗干净的金属钛板浸没于50ml反应液中，在60℃下反应60小时。
步骤5  热处理
反应后的钛片用去离子水轻轻冲洗，干燥后置于马弗炉中500℃保温0.5小时。
反应结果
钛板表面均匀生成如图5所示的“纳米花”结构二氧化钛，“纳米花”直径约500纳米。热处理前“纳米花”结构二氧化钛为非晶结构；图6显示，热处理后“纳米花”的晶体结构为纯锐钛矿和金红石混合晶型结构，其中金红石含量约为62％(质量百分比)。
实施例3
步骤1  配制酸洗液
将质量百分比浓度为50％的氢氟酸、质量百分比浓度为68％的硝酸与去离子水按体积比1∶4∶7的比例混合，得酸洗液。
步骤2  金属钛板表面清洗
同实施例1。
步骤3  配制反应液
50ml浓度为30％(质量百分比)双氧水溶液中依次添加2.0毫升浓度为63％(质量百分比)的硝酸和100毫克四氮六甲圜(纯度＞99.5％质量百分比)，得反应液。
步骤4  反应
同实施例1。
步骤5  热处理
同实施例1。
反应结果
钛板表面均匀生成如图7所示的“纳米花”结构二氧化钛，“纳米花”直径约500纳米。热处理前“纳米花”结构二氧化钛为非晶结构；热处理后晶体结构为纯锐钛矿结构。
实施例4
步骤1  配制酸洗液
同实施例1。
步骤2  金属钛板表面清洗
同实施例1。
步骤3  配制反应液
50ml浓度为30％(质量百分比)双氧水溶液中添加1.0毫升浓度为63％(质量百分比)的硝酸，得反应液。
步骤4  反应
同实施例1。
步骤5  热处理
同实施例1。
反应结果
钛板表面生成如图8所示的“纳米花”结构二氧化钛。热处理前“纳米花”结构二氧化钛为非晶结构；热处理后晶体结构为纯锐钛矿结构。

Claims (1)

1.一种制备三维纳米花结构二氧化钛的方法，其特征是包括以下步骤：
1)将质量百分比浓度为50～55％的氢氟酸、质量百分比浓度为65～68％的硝酸与去离子水按体积比1∶2～4∶5～7混合，得酸洗液；
2)在质量百分比浓度为20～30％的双氧水溶液中添加0.1～0.8摩尔/升的硝酸和0～0.02摩尔/升的四氮六甲圜，得反应液；
3)将金属钛板表面用上述酸洗液酸洗后，再用去离子水在超声波中清洗干净，然后浸没于反应液中，在60～80℃下反应48小时以上；
4)反应后的钛片用去离子水清洗，干燥后，在300～500℃保温至少10分钟。
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