RU2602126C2 - Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (iv) - Google Patents

Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (iv) Download PDF

Info

Publication number
RU2602126C2
RU2602126C2 RU2014145309/05A RU2014145309A RU2602126C2 RU 2602126 C2 RU2602126 C2 RU 2602126C2 RU 2014145309/05 A RU2014145309/05 A RU 2014145309/05A RU 2014145309 A RU2014145309 A RU 2014145309A RU 2602126 C2 RU2602126 C2 RU 2602126C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
ionic liquid
anode
titanium oxide
oxide
Prior art date
Application number
RU2014145309/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014145309A (ru
Inventor
Ольга Константиновна Лебедева
Дмитрий Юрьевич Культин
Наталья Викторовна Роот
Леонид Модестович Кустов
Гиляна Евгеньевна Джунгурова
Константин Борисович Калмыков
Сергей Федорович Дунаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2014145309/05A priority Critical patent/RU2602126C2/ru
Publication of RU2014145309A publication Critical patent/RU2014145309A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2602126C2 publication Critical patent/RU2602126C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G23/00Compounds of titanium
    • C01G23/04Oxides; Hydroxides
    • C01G23/047Titanium dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в производстве гетерогенных катализаторов, обладающих высокоразвитой поверхностью, и электродов в литий-ионных батареях. Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (IV) включает анодное окисление титанового электрода в ионной жидкости с добавлением воды или пропиленгликоля в атмосфере воздуха. Ионная жидкость имеет общую формулу К+А-, где К+ - алкилимидазолий, А- - NTf2-, или PF6-, или Cl-. Анодное окисление проводят при температуре 20-25°C в течение 5-30 минут при постоянном токе 1-10 мА или при постоянном потенциале 1-10 B. Изобретение позволяет получать наночастицы оксида титана в виде наносфер, нановолокон или наностержней в зависимости от условий проведения синтеза. 8 ил., 7 пр.

Description

Предлагаемый способ относится к области электрохимического получения активных форм наночастиц оксидов металлов, конкретно оксида титана (IV), которые могут быть использованы в качестве гетерогенных катализаторов, обладающих высокоразвитой поверхностью, в качестве электродов в литий-ионных батареях.
Наночастицы определяют как твердые частицы с размером в диапазоне 10-1000 нм. Наночастицы привлекают к себе большое внимание в различных областях науки и нанотехнологий из-за их исключительных физико-химических свойств. В зависимости от применяемого метода синтеза могут быть получены наночастицы в виде наностержней, нанотрубок, нанокластеров, наносфер или нанофракталов.
Обычно для синтеза функциональных наноматериалов на основе оксидов металлов используют реакции, протекающие при высокой температуре, такие как лазерное облучение, ионная имплантация, химическое осаждение из вакуума, термическое разложение. Ионные жидкости (ИЖ), которые по определению являются солями, существующими в жидком виде, как правило ниже 100°C, могут быть использованы в качестве термически стабильных и нелетучих растворителей, которые могут быть полезны для сокращения выбросов растворителя по сравнению с обычными летучими органическими соединениями. Различные ионные жидкости на основе катиона имидазолия, в том числе [BMIM][Tf2N] и 1-бутил-3-метилимидазолий хлорид [BMIM]Cl, не только негорючи но и стабильны в широком диапазоне температур: от комнатной температуры до 400°C.
Наноструктуры оксида титана имеют разнообразные применения, например, в фотокатализе, преобразовании солнечной энергии, датчиках и для ВЧ керамики. Синтез оксидов титана различных размера и формы (сферические частицы, нанотрубки и наностержни) был описан в многочисленных исследованиях [Ding, К.L.; Miao, Ζ.J.; Liu, Ζ.M.; Zhang, Ζ.F.; Han, В.X.; An, G.M.; Miao, S. & Xie, Y. (2007). Facile synthesis of high quality TiO2 nanocrystals in ionic liquid via a microwave-assisted process. Journal of the American Chemical Society, Vol. 129, No. 20, (May 2007), pp. 6362-6363, ISSN 0002-7863; Choi, H.; Kim, Y.J.; Varma, R.S. & Dionysiou, D.D. (2006). Thermally stable nanocrystalline TiO2 photocatalysts synthesized via sol-gel methods modified with ionic liquid and surfactant molecules. Chemistry of Materials, Vol. 18, No. 22, (October 2006), pp. 5377-5384, ISSN 0897-4756; Zheng, W.; Liu, X.; Yan, Z. & Zhu, L. (2009). Ionic liquid-assisted synthesis of large-scale TiO2 nanoparticles with controllable phase by hydrolysis of TÍC14. ACS Nano, Vol.3, No. 1, (January 2009), pp. 115-122, ISSN 1936-0851]. Из трех основных полиморфых модификаций оксидов титана (анатаз, брукит, рутил), до настоящего времени исследования были сосредоточены на синтезе наночастиц анатаза. Однако рутил нанометровых размеров привлекает все больше внимания в силу его многообещающего потенциала как фотокатализатора и в качестве электродного материала.
Среди различных способов получения нанооксидов титана особое внимание привлекают синтезы в ионных жидкостях.
Известно, что анатаз с размером частиц 10-20 нм является термодинамически стабильной модификацией ТiО2. Синтез 2-3 нм размера нанокристаллов диоксида титана и их самосборка в мезопористые наносферы ТiО2 был проведен в ионной жидкости в мягких условиях. В результате полученные наноструктуры сочетают в себе преимущества более крупных сфер с высокой удельной поверхностью и узким распределением пор по размерам и, как ожидается, обладают огромным потенциалом в преобразовании солнечной энергии, катализе и оптико-электронных приборах. В типичном синтезе наночастиц TiO2, ионная жидкость 1-бутил-3-метилимидазолий тетрафторборат и ионная жидкость 1-бутил-3-метилимидазолий гексафторфосфат были использованы в качестве растворителя (Antonietti, M.; Kuang, D.В. Smarsly, В. & Yong, Ζ. Ionic liquids for the convenient synthesis of functional nanoparticles and other inorganic nanostructures. Angewandte Chemie, International Edition, (2004). Vol. 43, No. 38, pp. 4988-4992; Zhou, Y. & Antonietti, M. Synthesis of very small TiO2 nanocrystals in a roomtemperature ionic liquid and their self-assembly toward mesoporous spherical aggregates. Journal of the American Chemical Society, (2003). Vol. 125, No. 49, pp. 14960-14961).
Методика состоит в получении прекурсора титана, осаждении геля оксида титана с дальнейшим высушиванием оксида титана. Смешивают 1 мл тетрахлорида титана с ионной жидкостью [BMIM]+BF4-. После гомогенизации смеси к ней медленно добавляют при сильном перемешивании при комнатной температуре 2 мл дистиллированной воды. Гидролиз тетрахлорида титана происходит сразу, что видно по появлению взвеси. Взвесь перемешивают при 80°C в течение 12 часов. Для выделения продукта полученную эмульсию разбавляют водой до объема 20 мл с целью уменьшения вязкости ИЖ. Полученные наноструктуры осаждают центрифугированием. Остаточную ИЖ, содержащуюся в продукте, отмывают ацетонитрилом в закрытом сосуде при 50°C в течение 8 часов. Процесс экстракции ИЖ повторяют до полного ее удаления из осадка. Окончательный продукт сушат в вакууме при 40°C.
Недостатком предложенного способа является длительность процесса приготовления и техническая сложность процесса очистки получаемых наноструктур от ИЖ.
Предложен способ синтеза наноматериалов с заданными свойствами, включающий обработку реакционной смеси исходных жидкостного и твердотельного компонентов источником СВЧ-излучения в импульсном режиме генерации. В качестве жидкой фазы реакционной смеси применяют ионные жидкости состава К+А- с температурой плавления ниже 97,5°C и термической стабильностью выше 150°C. В качестве основного компонента твердой фазы используют микро-, моно- и поликристаллы эпитаксиальных подложек основной фазы формирующихся нанокристаллических матриц (патент РФ №2360314 C1, 28.03.2008). Получают наночастицы контролируемого размера в пределах 100-200 нм. Недостатком данного способа являются сложная многостадийная технология, высокое энергопотребление. Кроме того, в источнике не указаны возможные ионные жидкости.
Известен способ получения частиц физическим осаждением из паровой фазы в ионной жидкости. Изобретение относится к получению частиц, в частности наночастиц, в ионной жидкости. Устройство для реализации способа содержит камеру осаждения и сосуд для ионной жидкости. Способ получения наночастиц включает введение ионной жидкости состава К+А- в камеру осаждения; вакуумирование камеры осаждения для образования вакуума в интервале от 1 и 7 микронов Hg; и распыление одного или более катодов в камере осаждения для направления одного или более материалов по направлению к ионной жидкости для образования наночастиц в ионной жидкости. Катионы могут включать моно-, ди- и трехзамещенные имидазолии; замещенные пиридинии; замещенные пирролидинии; тетраалкилфосфониии; тетраалкиламмонии; гуанидинии; изоуронии и тиуронии. Анионы могут включать хлориды; бромиды; йодиды; тетрафторбораты; гексафторфосфаты; бис(трифторметилсульфонил)имиды; трис(пентафторэтил)трифторофосфаты (FAP); трифторметансульфонаты; трифторацетаты; метил сульфаты; октилсульфаты; роданиды; органобораты и пара- толуолсульфонаты. Конкретные неограниченные примеры: IL включают 1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфат ([BMIM]PF6), 1-гексил-3-метилимидазолия тетрафторборат ([HMIM]bf4), 1-бутил-3-метилимидазолия тетрафторборат ([BMIM]BF4), 1-этил-3-метилимидазолия трифторметан сульфонамид ([EMIM](CF3SO2)2N). Технический результат - упрощение способа и повышение качества получаемых частиц (патент RU 2404024 С2, 17.01.2007). Недостатками этого способа являются жесткий контроль вязкости ионной жидкости и сложная многостадийная технология.
Анодные процессы представляют относительно недорогие методы получения высокоорганизованных оксидных материалов для различных применений.
Авторы (Langmuir 2009, 25, 509-514, Abu Ζ. Sadek, Haidong Zheng, Kay Latham, Wojtek Wlodarski, and Kourosh Kalantar-zadeh) получали пористый оксид титана в нейтральном электролите, содержащем фторид аммония (0.5%) и этиленгликоль (0.5%), в интервале потенциалов 3-20 В без перемешивания. В отсутствие фторид-ионов на поверхности титана образуется тонкий барьерный слой оксида, который препятствует росту оксидного слоя за счет падения напряжения, что приводит к снижению тока окисления. В присутствии фторид-ионов могут образовываться комплексные соединения титана (IV) состава [TiF6]2-, которые препятствуют осаждению ТiО2 (или гидратированного оксида состава Ti(OH)xOy). Это приводит к тому, что травление поверхности продолжается, что вызывает рост тока на начальной стадии. В дальнейшем скорость образования и растворения оксида титана становятся равны и толщина барьерного слоя стабилизируется. Влияние напряжения выражается в изменении диаметра пор. При напряжении 5 В диаметр составляет 10 нм, а для напряжения 10 В - 20 нм. Недостатком описанного способа является использование водных растворов, также не вполне определено, что такое нейтральный электролит.
Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков является способ получения нанотрубок оксида титана в ионных жидкостях (Jun Qu, Huimin Luo, and Sheng Dai. U.S. Patent 8,585,886, November 19, 2013). В патенте заявлено использование различных ИЖ общей формулы К+-, где К+ выбирают из замещенных имидазолиев, пиридиния, четвертичного аммония со фторсодержащими анионами из B F 4
Figure 00000001
, P F 6
Figure 00000002
, N T f 2
Figure 00000003
и др. Метод состоит в том, ионную жидкость 1-бутил-3-метилимидазолий тетрафторборат (BMIMBF4) смешивают с дистиллированной водой в весовом отношении 0.276:1 и полученный раствор используют в качестве электролита. Рабочим электродом служит титановая фольга толщиной 0.5 мм, поверхность которой предварительно тщательно очищают ацетоном и этанолом. Фольгу помещают в двухэлектродную ячейку. Вспомогательным электродом является платиновая пластина. Напряжение выбирают в ряду от 0 до 40 В. Синтез проводят при комнатной температуре (21°C). В течение электролиза поддерживают постоянное напряжение. Оптимизацию осуществляют подбором времени. Зависимость тока от времени фиксируют с помощью миллиамперметра. В начале синтеза ток составляет около 2 мА, постепенно падает за 80 минут до 0.5 мА, после чего резко возрастает до 20 мА, что служит сигналом окончания синтеза.
Недостатком этого способа является, что в качестве электролита используют смесь ионной жидкости с водой, хотя не все упомянутые в патенте ИЖ являются гидрофильными и способны смешиваться с водой в заявленных количествах, например ИЖ с анионом трифлатимида (NTf2).
Задачей предлагаемого способа является получение оксида титана (IV) на титановом аноде в нанодисперсном состоянии.
Поставленная задача решена данным изобретением.
Электрохимический способ получения наноразмерных частиц оксида титана (IV) включает анодное окисление титанового электрода в ионной жидкости общей формулы К+А- при температуре 20-25°C в течение 5-30 минут, при постоянном токе 1-10 мА или при постоянном потенциале 1-10 В и в атмосфере воздуха. К+ выбирают из алкилимидазолия, алкилпиридиния, алкилпиперидиния и др. А- выбирают из N T f 2
Figure 00000004
, B F 4
Figure 00000005
, P F 6
Figure 00000006
, Cl- и др.
В предлагаемом способе в качестве растворителя выбрана ионная жидкость, поскольку она обладает достаточной электропроводностью, что в общем случае не требует введения постороннего фонового электролита. В то же время ионные жидкости характеризуются большими «окнами» электрохимической устойчивости (от -2 до +2 В относительно потенциала хлорсеребряного электрода) и одновременно выполняют роль среды, формирующей и стабилизирующей наночастицы оксидов металлов. Высокая вязкость ионной жидкости способствует тому, что в ее присутствии формирование наночастиц оксидов металлов происходит в виде отдельных зерен на поверхности электрода, а не в виде тонкого слоя из компактного оксида.
В предлагаемом способе к растворителю (ионной жидкости) добавляют воду или пропиленгликоль. Образующиеся при анодном растворении титана ионы Ti4+ в присутствии воды образуют аквакомплексы состава [Тi(Н2О)4]4+, которые при гидролизе образуют оксид титана. Гликоли и полиолы также имеют важное значение в синтезе хорошо охарактеризованных наноструктурных оксидных материалов, поскольку они являются хелатирующими лигандами иона металла, что позволяет контролировать скорость гидролиза алкоксидов переходных металлов (Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 5313-5360, T. Fröschl, U. Hörmann, P. Kubiak, G. Kučerova′, M. Pfanzelt, C. K. Weiss, R. J. Behm, N. Hüsing, U. Kaiser, K. Landfesterd, M. Wohlfahrt-Mehrens). Гликоляты состава Ti(OC(CH3)H2CH2O)2+ в предлагаемом способе образуются in sity.
В качестве катода могут быть использованы электроды, например, из платины, графита, стеклоуглерода, меди, кобальта и других материалов, обладающих достаточной электропроводностью и не взаимодействующих с ионной жидкостью. Электродом сравнения является серебряная проволока
Электрохимическое анодирование титана проводят в атмосфере воздуха.
Перечень иллюстративных материалов.
На рис. 1 представлены микрофотографии частиц оксида титана (по данным Journal of the American Chemical Society, (2003). Vol. 125, No. 49, pp. 14960-14961). На рис. 1 видны нанокристаллы оксида титана размером 2-3 нм, объединенные в сферы большего размера с высокоразвитой поверхностью. Полученные наночастицы имеют сферическую форму и достаточно узкое распределение частиц по размерам.
На рис. 2 представлена микрофотография фрагмента титанового анода, полученная через 5 мин воздействия анодным током плотностью 0.6 мА·см-2 в ионной жидкости BMIMCl в присутствии добавки воды (объемное отношение V(H2O):V(ИЖ)=0.1:1) в атмосфере воздуха при температуре 25°C. На рис. 2 четко видна волокнистая структура оксида титана. Длина волокон может составлять от 0.1 до нескольких микрон, толщина волокон соответствует приблизительно 100 нм.
На рис. 3 представлена микрофотография фрагмента титанового анода, полученная через 5 мин воздействия анодным током плотностью 0.6 мА·см-2 в ионной жидкости BMIMNTf2 в присутствии добавки воды (объемное отношение V(H2O):V(ИЖ)=0.1:1) в атмосфере воздуха при температуре 25°C. На рис. 3 на поверхности титанового электрода видны неупорядоченно расположенные сферические образования оксида титана размером от 50 до 200 нм.
На рис. 4 представлена микрофотография фрагмента титанового анода, полученная через 7 мин воздействия анодным током плотностью 0.6 мА·см-2 в ионной жидкости BMIMCl в присутствии добавки пропиленгликоля (объемное отношение 1:1) в атмосфере воздуха при температуре 25°C. На рис. 4 на поверхности титанового электрода видны неупорядоченно расположенные сферические образования оксида титана размером от 50 до 200 нм.
На рис. 5 представлена микрофотография фрагмента титанового анода, полученная через 30 мин воздействия анодным током плотностью 6 мА·см-2 в ионной жидкости BMIMNTf2 в присутствии добавки пропиленгликоля (объемное отношение 1:1) в атмосфере воздуха при температуре 25°C. На рис. 5 на поверхности титанового электрода видны неупорядоченно расположенные наноразмерные образования оксида титана в виде стержней размером от 50 до 200 нм, диаметром 50-100 нм.
На рис. 6 представлена микрофотография фрагмента титанового анода, полученная через 15 мин воздействия анодным током плотностью 2.5 мА·см-2 в ионной жидкости BMIMCl в присутствии добавки воды (объемное отношение V(Н2О):V(ИЖ)=0.1:1) в атмосфере воздуха при температуре 25°C. На рис. 6 четко видна волокнистая структура оксида титана. Длина волокон может составлять от 0.1 до нескольких микрон, толщина волокон соответствует приблизительно 50-100 нм.
На рис. 7 представлена микрофотография фрагмента титанового анода, полученная через 15 мин воздействия анодным током плотностью 9 мА·см-2 в ионной жидкости BMIMCl в присутствии добавки воды (объемное отношение V(H2O):V(ИЖ)=0.1:1) в атмосфере воздуха при температуре 25°C. На рис. 7 четко видна волокнистая структура оксида титана. Длина волокон может составлять от 0.1 до нескольких микрон, толщина волокон соответствует приблизительно 100 нм.
На рис. 8 представлена микрофотография фрагмента титанового анода, полученная через 30 мин анодного воздействия при Е=5B в ионной жидкости BMIMPF6 в присутствии добавки воды (объемное отношение V(Н2О):V(ИЖ)=0.1:1) в атмосфере воздуха при температуре 25°C. На рис. 8 четко видны наночастицы двух видов: сферические с плотной адгезией с подложкой и стержни толщиной около 50 нм и длиной около 200 нм.
Данные, полученные при анодном электрохимическом воздействии на титановый анод в среде ионной жидкости, свидетельствуют о том, что в результате этого процесса на поверхности титана образуются наночастицы оксида титана в виде наносфер, нановолокон или наностержней в зависимости от условий проведения синтеза.
Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Электрохимическое получение оксида титана проводили из раствора ионной жидкости 1-бутил-3-метил имидазолий хлорида BMIMCl, содержащего дистиллированную воду в объемном отношении (V(H2O):V(BMIMCl)=0.1:1). Процесс проводили при температуре 25°C в течение 5 мин при плотности тока 6 мА·см-2. В качестве анода использовали титановую фольгу (S=0.4 см2) и в качестве катода никель. Электрод сравнения - серебряная проволока.
Данные электронной микроскопии титанового анода (рис. 2) получены через 5 мин анодного воздействия. На рис. 2 видны продукты полного окисления титана с высокоразвитой поверхностью на электроде из титана. На рис. 2 видна волокнистая структура оксида титана. Длина волокон может составлять от 0.1 до нескольких микрон, толщина волокон соответствует приблизительно 100 нм. Согласно данным элементного анализа содержание кислорода (61-63% атомных), титана (24-27% атомных) и оставшееся - адсорбированный хлорид-ион.
Пример 2
В условиях эксперимента, аналогичных примеру 1, синтез наноразмерных частиц оксида титана проводили из раствора ионной жидкости 1-бутил -3-метил имидазолий трифлатимида BMIMNTf2, содержащего дистиллированную воду в объемном отношении (V(H2O):V(BMIMNTf2)=0.1:1) с использованием никелевого катода и анода из титановой фольги (S=0.4 см2) в течение 5 мин при плотности тока 6 мАсм-2 при температуре 25°C.
Обнаружено покрытие поверхности анода неупорядоченно расположенными сферическими образованиями оксида титана размером от 50 до 200 нм (рис. 3).
Пример 3
В условиях эксперимента, аналогичных примеру 1, синтез наноразмерных частиц оксида титана проводили из раствора ионной жидкости 1-бутил-3-метил имидазолий хлорида BMIMCl, содержащего пропиленгликоль в объемном отношении (V(пропиленгликоль):V(BMIMCl)=1:1). Процесс проводили при температуре 25°C в течение 7 мин при плотности тока 6 мА·см-2. В качестве анода использовали титановую фольгу и в качестве катода - никель. Электрод сравнения - серебряная проволока.
Обнаружено покрытие поверхности титанового анода неупорядоченно расположенными сферическими образованиями оксида титана размером от 50 до 200 нм (рис. 4).
Пример 4
В условиях эксперимента, аналогичных примеру 1, синтез наноразмерных частиц оксида титана проводили из раствора ионной жидкости 1-бутил-3-метил имидазолий трифлатимида BMIMNTf2 содержащего пропиленгликоль в объемном отношении (V(пропиленгликоль):V(BMIMNTf2)=1:1). Процесс проводили при температуре 25°C в течение 30 мин при плотности тока 6 мА·см-2. В качестве анода использовали титановую фольгу и в качестве катода никель. Электрод сравнения - серебряная проволока.
Обнаружено покрытие поверхности титанового электрода неупорядоченно расположенными наноразмерными образованиями оксида титана в виде стержней размером от 50 до 200 нм (рис. 5).
Пример 5
Электрохимическое получение оксида титана проводили из раствора ионной жидкости 1-бутил-3-метил имидазолий хлорида BMIMCl, содержащего дистиллированную воду в объемном отношении (V(H2O):V(BMIMCl)=0.1:1). Процесс проводили при температуре 25°C в течение 15 мин при плотности тока 2.5 мА·см-2. В качестве анода использовали титановую фольгу (S=0.4 см2) и в качестве катода никель. Электрод сравнения - серебряная проволока.
Данные электронной микроскопии титанового анода (рис. 6) получены через 5 мин анодного воздействия. На рис. 6 видны продукты полного окисления титана с высокоразвитой поверхностью на электроде из титана. На рис. 6 видна волокнистая структура оксида титана. Длина волокон может составлять от 0.1 до нескольких микрон, толщина волокон соответствует приблизительно 100 нм. Согласно данным элементного анализа содержание кислорода (61-63% атомных), титана (24-27% атомных) и оставшееся - адсорбированный хлорид-ион.
Пример 6
Электрохимическое получение оксида титана проводили из раствора ионной жидкости 1-бутил-3-метил имидазолий хлорида BMIMCl, содержащего дистиллированную воду в объемном отношении (V(H2O):V(BMIMCl)=0.1:1). Процесс проводили при температуре 25°C в течение 15 мин при плотности тока 9 мА·см-2. В качестве анода использовали титановую фольгу (S=0.4 см2) и в качестве катода никель. Электрод сравнения - серебряная проволока.
Данные электронной микроскопии титанового анода (рис. 7) получены через 5 мин анодного воздействия. На рис. 7 видны продукты полного окисления титана с высокоразвитой поверхностью на электроде из титана. На рис. 7 видна волокнистая структура оксида титана. Длина волокон может составлять от 0.1 до нескольких микрон, толщина волокон соответствует приблизительно 50 нм.
Пример 7
Электрохимическое получение оксида титана проводили из раствора ионной жидкости 1-бутил-3-метил имидазолий гексафторфорфата BMIMPF6, содержащего дистиллированную воду в объемном отношении (V(H2O):V(BMIMPF6)=0.1:1). Процесс проводили при температуре 25°C в течение 30 мин при потенциале Е=5B. В качестве анода использовали титановую фольгу (S=0.4 см2) и в качестве катода никель. Электрод сравнения - серебряная проволока.
Данные электронной микроскопии титанового анода (рис. 8) получены через 30 мин анодного воздействия. На рис. 8 видны продукты полного окисления титана с высокоразвитой поверхностью на электроде из титана. На рис. 8 четко видны наночастицы двух видов: сферические с плотной адгезией с подложкой и стержни, толщиной около 50 нм и длиной около 200 нм.

Claims (1)

  1. Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (IV) в виде наносфер, нановолокон или наностержней, включающий анодное окисление титанового электрода в ионной жидкости общей формулы К+А-, где К+ - алкилимидазолий, А- - NTf2-, или PF6-, или Cl-, с добавлением воды или пропиленгликоля в атмосфере воздуха, отличающийся тем, что анодное окисление проводят при температуре 20-25°C в течение 5-30 минут при постоянном токе 1-10 мА или при постоянном потенциале 1-10 B.
RU2014145309/05A 2014-11-12 2014-11-12 Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (iv) RU2602126C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014145309/05A RU2602126C2 (ru) 2014-11-12 2014-11-12 Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (iv)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014145309/05A RU2602126C2 (ru) 2014-11-12 2014-11-12 Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (iv)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014145309A RU2014145309A (ru) 2016-06-10
RU2602126C2 true RU2602126C2 (ru) 2016-11-10

Family

ID=56114726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014145309/05A RU2602126C2 (ru) 2014-11-12 2014-11-12 Электрохимический способ получения наноразмерных структур оксида титана (iv)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2602126C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701786C1 (ru) * 2018-12-03 2019-10-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Трубчатые наноструктуры оксида меди (II) и электрохимический способ их получения
GB2596291A (en) * 2020-06-22 2021-12-29 Nanomox Ltd Method for producing metal and/or metalloid compounds in an ionic liquid

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2255047C1 (ru) * 2004-04-06 2005-06-27 Томский политехнический университет Способ получения диоксида титана
RO126097A0 (ro) * 2010-09-14 2011-03-30 Psv Company Sa Bucureşti Procedeu electrochimic de sinteză a tioanatas din lichide ionice pe bază de clorură de cholina
US20130084239A1 (en) * 2011-09-26 2013-04-04 Nanyang Technological University METHOD OF PREPARING A TiO2 NANOSTRUCTURE
US8585886B2 (en) * 2009-06-09 2013-11-19 Ut-Battelle, Llc Method for synthesis of titanium dioxide nanotubes using ionic liquids

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2255047C1 (ru) * 2004-04-06 2005-06-27 Томский политехнический университет Способ получения диоксида титана
US8585886B2 (en) * 2009-06-09 2013-11-19 Ut-Battelle, Llc Method for synthesis of titanium dioxide nanotubes using ionic liquids
RO126097A0 (ro) * 2010-09-14 2011-03-30 Psv Company Sa Bucureşti Procedeu electrochimic de sinteză a tioanatas din lichide ionice pe bază de clorură de cholina
US20130084239A1 (en) * 2011-09-26 2013-04-04 Nanyang Technological University METHOD OF PREPARING A TiO2 NANOSTRUCTURE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701786C1 (ru) * 2018-12-03 2019-10-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Трубчатые наноструктуры оксида меди (II) и электрохимический способ их получения
GB2596291A (en) * 2020-06-22 2021-12-29 Nanomox Ltd Method for producing metal and/or metalloid compounds in an ionic liquid

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014145309A (ru) 2016-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Preparation of Bi-based photocatalysts in the form of powdered particles and thin films: a review
Wu et al. Nonaqueous production of nanostructured anatase with high-energy facets
Li et al. A novel mesoporous single-crystal-like Bi2WO6 with enhanced photocatalytic activity for pollutants degradation and oxygen production
Qin et al. Ionic liquid-assisted growth of single-crystalline dendritic gold nanostructures with a three-fold symmetry
Wang et al. Review of the progress in preparing nano TiO2: An important environmental engineering material
Liu et al. Anatase TiO2 with dominant high-energy {001} facets: synthesis, properties, and applications
Ebrahimi et al. Improved solar-driven photocatalytic activity of hybrid graphene quantum dots/ZnO nanowires: A direct Z-scheme mechanism
Jiang et al. Morphogenesis and crystallization of Bi2S3 nanostructures by an ionic liquid-assisted templating route: synthesis, formation mechanism, and properties
Wu et al. Microemulsion-mediated hydrothermal synthesis and characterization of nanosize rutile and anatase particles
Sun et al. Rational design of 3D dendritic TiO2 nanostructures with favorable architectures
Malekshahi Byranvand et al. A review on synthesis of nano-TiO2 via different methods
Ding et al. Study on the anatase to rutile phase transformation and controlled synthesis of rutile nanocrystals with the assistance of ionic liquid
Fahim et al. A novel method for synthesis of titania nanotube powders using rapid breakdown anodization
Wang et al. Hierarchical SnO2 nanostructures: recent advances in design, synthesis, and applications
Xu et al. Structural transformation, photocatalytic, and field-emission properties of ridged TiO2 nanotubes
Lu et al. Facile synthesis of graphene-like copper oxide nanofilms with enhanced electrochemical and photocatalytic properties in energy and environmental applications
Cozzoli et al. Low-temperature synthesis of soluble and processable organic-capped anatase TiO2 nanorods
CN108698849B (zh) 通过在悬浮的非负载型石墨烯纳米片上生长氧化锌纳米棒或微米棒获得的石墨烯基复合纳米结构的生产
CN105452533B (zh) 生产石墨烯的电化学方法
Chang et al. Enhanced electrocatalytic activity of MoS x on TCNQ-treated electrode for hydrogen evolution reaction
Bora et al. Hydrothermal treatment of a hematite film leads to highly oriented faceted nanostructures with enhanced photocurrents
Ng et al. Flower-shaped tungsten oxide with inorganic fullerene-like structure: synthesis and characterization
Qamar et al. Single-pot synthesis of⟨ 001⟩-faceted N-doped Nb2O5/reduced graphene oxide nanocomposite for efficient photoelectrochemical water splitting
Yan et al. Titanium dioxide nanomaterials
Li et al. Synthesis of composition tunable and (111)-faceted Cu/Cu2O nanoparticles toward photocatalytic, ligand-free, and solvent-free C–N ullmann coupling reactions