無模板法製備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法
2023-09-22 19:03:35
無模板法製備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法
【專利摘要】本發明涉及一種無模板法製備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法。本發明以硫酸鈦（Ti(SO4)2）為鈦源，水為溶劑，甘油作晶化助劑的條件下，採用簡單有效經濟環保的無模板法，通過簡單的水熱合成過程，即得具有獨特夾心中空結構的TiO2納米材料。從XRD譜圖可以看出製得的夾心中空TiO2納米材料具有典型的銳鈦礦結構。該法製備的夾心中空TiO2納米材料在環境、能源及生物醫學等領域具有潛在的應用前景。
【專利說明】無模板法製備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種中空二氧化鈦納米材料的製備方法，特別是一種無模板法製備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法。
【背景技術】
[0002]作為一種非常重要的半導體金屬氧化物，二氧化鈦(TiO2)納米材料有著許多優異的特性，它不僅具有非常強的氧化能力能夠氧化水中有機物，而且還擁有親和性強、化學性質穩定、無毒、成本低等特點，因此被廣泛應用於各個領域，如色譜分離、催化氧化還原反應、可見光催化分解水、色素增感太陽能電池、鋰離子電池、氣體傳感器和藥物傳輸等。然而，在其應用過程中，人們發現材料的性能受很多因素的影響，如粒徑大小、比表面積、多孔性、晶相、結晶度以及形貌等。因此，學者們都希望能夠通過控制合成過程或者探索一些新的合成方法來達到形貌可控、粒徑可調及其他物化性質的精細調變，以期得到性能優異的TiO2納米材料。
[0003]目前，越來越多的研究集中到具有特殊形貌和性質的TiO2納米或微米結構的設計上，如球形、納米棒、纖維管等結構。儘管製備TiO2納米材料的方法有很多，但模板法仍然被認為是合成納米材料的一種非常重要的技術，利用其空間限域作用或結構導向作用可對合成材料的尺寸、形貌、結構等進行有效地裁剪。然而，模板法也存在一些不足，如軟模板法採用的多是一些昂貴的表面活性劑及其聚集體，過程雖然靈活，但形貌可控性不強，且合成成本較高；硬模板法雖然可控性強，但因為需要先合成模板，再用強酸或強鹼等將模板除去，操作費時費力，不但對環境不利，且生產效率不高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術中存在的一些問題，提供一種無模板製備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法。
[0005]為達到上述目的，本發明採用以下技術方案:
一種無模板法製備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法，其特徵在於該方法的具有步驟為..將去離子水和甘油按76~385 g:1 mol的比例攪拌混合均勻後；再加入硫酸鈦(Ti (SO4)2),繼續攪拌，使其混合均勻；其中甘油與硫酸鈦的摩爾比為80-150:1 ;然後在8(Tl30 °C條件下反應廣24 h;反應完成後，用去離子水和乙醇洗滌、離心分離後，烘乾，最後在馬弗爐400-600 1:空氣氣氛中煅燒3 h，即得到夾心中空TiO2納米材料。
[0006]本發明的工藝過程中，水和甘油首先混合形成一個均相的溶劑體系，Ti (SO4)2加入後溶解並和水反應生成TiOSO4,隨後TiOSO4與甘油生成鈦的前驅體，在水熱條件下，這些鈦的有機物前驅體水解生成TiO2小粒子並聚集成球，隨著反應的進一步進行，聚集的TiO2小顆粒在水熱作用下重新溶解並聚集形成較大的納米顆粒，同時，在奧斯特瓦爾德熟化效應的作用下，這些納米顆粒再次溶解、沉積從而形成最終的夾心中空結構。
[0007]本發明採用無模板法，以水、硫酸鈦(Ti (SO4)2)和甘油為原料，通過簡單的水熱過程，製備出具有獨特夾心中空結構的TiO2納米材料。本發明方法具有操作簡單，反應條件溫和，原料易得，成本低、收率高等優點。通過此方法製備的TiO2鈦納米材料具有獨特的夾心中空結構，有著廣闊的工業應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明實施例1中所得夾心中空TiO2納米材料的XRD譜圖。
[0009]圖2為本發明實施例1中所得夾心中空TiO2納米材料的TEM照片。
[0010]圖3為本發明實施例1中所得夾心中空TiO2納米材料的SEM照片。
【具體實施方式】
[0011]所有實施例均按上述技術方案的操作步驟進行操作。
[0012]實施例1 a.用電子天平分別稱取20.0 g去離子水和0.13 mol甘油，放入燒杯中混合攪拌均勻；
b.用電子天平稱取0.0013 mol硫酸鈦(Ti (SO4)2)加入到上述溶液中繼續攪拌0.5 h，使其混合均勻；
c.將上述混合溶液倒入帶聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在110°C條件下反應6
h ；
d.反應完成後，將產物從反應釜中取出，用去離子水和乙醇反覆洗滌、離心後，將產物在60 °C下烘乾，最後將其置於馬弗爐空氣氣氛中，550 °C煅燒3 h，即得本發明製備的夾心中空TiO2納米材料。
[0013]將所製得的樣品進行物性表徵，其部分結果如附圖所示。所得材料為夾心中空結構，其粒徑在70(T900 nm之間。
[0014]實施例2
本實施例的製備過程和步驟與實施例1完全相同，不同的是在a步驟
用電子天平分別稱取15.0 g去離子水和0.13 mol甘油，放入燒杯中混合攪拌均勻。
[0015]所得結果與實施例1基本相似，不同在於得到的TiO2納米材料形貌不均一，團聚比較嚴重。
[0016]實施例3
本實施例的製備過程和步驟與實施例1完全相同，不同的是在c步驟
將上述混合溶液倒入帶聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在110 °C條件下反應2.5 h。
[0017]所得結果與實施例1有較大差別，製得的TiO2為實心顆粒，表面粗糙有毛刺狀結構。
[0018]實施例4
本實施例的製備過程和步驟與實施例1完全相同，不同的是在c步驟
將上述混合溶液倒入帶聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在80 °C條件下反應6 h。
[0019]所得結果與實施例1有較大差別，得到的TiO2為實心團聚的小球，並且表面光滑。
[0020]參見附圖，圖1為本發明實施例1所得夾心中空TiO2納米材料的XRD譜圖。XRD分析:在日本RigaKu D/max-2550型X射線衍射儀上進行；採用CuKa衍射。從圖1中可知，本發明所得夾心中空TiO2納米材料具有典型的銳鈦礦結構，與標準譜圖(PDF No: 21-1272)相一致，未見其它雜峰，證明其為純的晶相結構。
[0021]參見附圖，圖2為本發明實施例1所得夾心中空TiO2納米材料的透射電鏡(TEM)圖片。TEM分析:採用日本電子株式會社JE0L-200CX型透射電子顯微鏡觀察材料形貌。從TEM圖片可以看出，本發明製得的TiO2納米材料，具有獨特的夾心中空結構，其粒徑在700-900nm之間。
[0022]參見附圖，圖3為本發明實施例1所得夾心中空TiO2納米材料的掃描電鏡(SEM)圖片。SEM分析:採用日本電子公司JSM-6700F型發射掃描電子顯微鏡觀察材料形貌。從SEM圖片可以看出， 本發明製得的TiO2納米材料，球形表面粗糙；且從破損的顆粒中，可以看到明顯的夾心中空結構，與TEM結果相一致。
【權利要求】
1.一種無模板法製備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法，其特徵在於該方法的具有步驟為:將去離子水和甘油按76~385 g:1 mol的比例攪拌混合均勻後；再加入硫酸鈦(Ti (SO4)2),繼續攪拌，使其混合均勻；其中甘油與硫酸鈦的摩爾比為80-150:1 ;然後在8(Tl30 °C條件下反應廣24 h;反應完成後，用去離子水和乙醇洗滌、離心分離後，烘乾，最後在馬弗爐400-600 1:空氣氣氛`中煅燒3 h，即得到夾心中空TiO2納米材料。
【文檔編號】B82Y40/00GK103588244SQ201310554230
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優先權日:2013年11月11日
【發明者】張海嬌, 焦正, 王棟海, 高仁美, 伍路, 周洪順 申請人:上海大學