一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法
2024-02-17 19:39:15 2
一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法
【專利摘要】一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，涉及一種納米材料的製備方法，在硫酸氧鈦水溶液中加入含氟試劑製備出氟和鈦的摩爾比為16:1-24:1的前驅體水溶液；按照前驅體水溶液體積和反應釜的容積比為7:10的比例取前驅體水溶液加入到反應釜中，在180℃保溫孵化12小時後冷卻得到反應物；反應物進行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌抽乾後，置於真空乾燥箱中乾燥後取出；將所得濾餅於瓷舟中，在馬弗爐中450℃煅燒後冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球。本發明所製備出的二氧化鈦微球為平滑的去角八面體銳鈦礦二氧化鈦單晶結構，該二氧化鈦微球的邊長為1.3-2.2μm，厚為0.6-1.0μm。
【專利說明】—種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種納米材料，具體的說是一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法。
【背景技術】
[0002]二氧化鈦以其資源豐富、安全無毒、結構穩定等優點受到研究者的廣泛關注，已在功能陶瓷、氣體傳感器、光催化等領域得到廣泛研究與應用，同時也是一種極具發展潛力的太陽能電池和鋰離子電池的電極材料。然而，結構簡單以及塊狀的二氧化鈦不能充分發揮其性能以滿足實際應用的需求。製備功能化並具有特定結構和大比表面積的二氧化鈦，對改善與提高其性能具有重要意義。研究表明，分等級結構空心球形二氧化鈦具有低密度、高比表面積、更好的表面通透性、更高的光利用率等優異的理化特性，因此，製備分等級二氧化鈦空心微球具有廣闊的應用前景。
[0003]目前，二氧化鈦空心微球的製備方法大多依賴於模板法(軟模板和硬模板)。模板法雖然容易控制微球的粒徑和介孔的尺寸，但模板的製備以及後續的模板去除無疑會增加材料製備的成本和工藝的難度。此外，對於具有含特定晶面的材料製備而言，模板劑的加入會影響晶體生長的取向。
【發明內容】
[0004]本發明目的是為解決上述技術問題的不足，提供一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其具有製備方法簡單，所製備的多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球為表面平滑的去角八面體銳鈦礦二氧化鈦單晶結構，該二氧化鈦微球的邊長為1.3 -2.2um,厚為 0.6 -1.0 μ mo
[0005]粒徑為0.8-2.6 μ m，具有較強的光催化活性。
[0006]一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其製備方法包括以下步驟: 步驟一、前驅體水溶液的製備:將硫酸氧鈦加入水中製備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦水溶液中加入含氟試劑，使所得混合溶液中的氟和鈦的摩爾比為16:1-24:1，即為前驅體水溶液，備用；
所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；
步驟二、按照前驅體水溶液體積和反應釜的容積比為7:10的比例取上述步驟一所製備的前驅體水溶液加入到反應釜中，在180°C保溫孵化12小時後自然冷卻至室溫，得到反應物，備用；
步驟三、將上述步驟二的反應物進行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次並將水抽乾後，置於真空乾燥箱中80°C乾燥8小時後取出，備用；
步驟四、將所得濾餅於瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時後自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球。
[0007]所述步驟三中濾餅的洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，並震蕩，使濾餅懸浮；然後以4500r/min的轉速離心8-10min分鐘後，取出上層溶液，剩餘濾餅再進行下次洗滌。
[0008]有益效果是:
本發明多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，方法簡單，成本低廉，所製備出的二氧化鈦微球為平滑的去角八面體銳鈦礦二氧化鈦單晶結構，該二氧化鈦微球的邊長為1.3 -2.2 μ m,厚為0.6 -1.0 μ m0可通過調節反應系統內氟與鈦的摩爾比調控二氧化鈦微球的形貌特徵，其比例增大二氧化鈦微球的粒徑增大，為去角八面體銳鈦礦二氧化鈦單晶體邊長越大，厚度越厚；其貌控制是基於體系內F離子對銳鈦礦二氧化鈦(001)晶面的腐蝕/保護競爭作用機理，表面F離子的低覆蓋率以腐蝕機理為主，高覆蓋率則以保護機理為主。另外，本發明所製備出的面納米刻蝕的二氧化鈦微球，為純銳鈦礦相二氧化鈦，表面裸漏晶面的銳鈦礦二氧化鈦較普通銳鈦礦二氧化鈦的光催化活性高，可作為新的光催化材料，具有較好的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明實施例1所製備的多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的SEM照片； 圖2是本發明實施例2所製備的多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的SEM照片；
圖3是本發明實施例3所製備的多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的SEM照片；
圖4為實施例3製得的多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球經450°C煅燒後的光催化降解甲基橙曲線圖；
圖5為實施例3製得的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球經450°C煅燒後的XRD譜線圖；
【具體實施方式】
[0010]一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其製備方法包括以下步驟: 步驟一、前驅體水溶液的製備:將硫酸氧鈦加入水中製備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦水溶液中加入含氟試劑，使所得混合溶液中的氟和鈦的摩爾比為16:1-24:1，即為前驅體水溶液，備用；
所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；
步驟二、按照前驅體水溶液體積和反應釜的容積比為7:10的比例取上述步驟一所製備的前驅體水溶液加入到反應釜中，在180°C保溫孵化12小時後自然冷卻至室溫，得到反應物，備用；
步驟三、將上述步驟二的反應物進行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次並將水抽乾後，置於真空乾燥箱中80°C乾燥8小時後取出，備用；
步驟四、將所得濾餅於瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時後自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球。
[0011]所述步驟三中濾餅的洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，並震蕩，使濾餅懸浮；然後以4500r/min的轉速離心8_10min分鐘後，取出上層溶液，剩餘濾餅再進行下次洗滌。
[0012]實施例1
一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其製備方法包括以下步驟: 步驟一、前驅體水溶液的製備:將硫酸氧鈦加入水中製備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦水溶液中加入含氟試劑，使所得混合溶液中的氟和鈦的摩爾比為16:1-24:1，即為前驅體水溶液，備用；
所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；
步驟二、按照前驅體水溶液體積和反應釜的容積比為7:10的比例取上述步驟一所製備的前驅體水溶液加入到反應釜中，在180°C保溫孵化12小時後自然冷卻至室溫，得到反應物，備用；
步驟三、將上述步驟二的反應物進行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次並將水抽乾後，置於真空乾燥箱中80°C乾燥8小時後取出，備用；所述濾餅的洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，並震蕩，使濾餅懸浮；然後以4500r/min的轉速離心8_10min分鐘後，取出上層溶液，剩餘濾餅再進行下次洗滌。
[0013]步驟四、將所得濾餅於瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時後自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球。由圖1的SBl照片可知，所製備的微球為去角八面體銳鈦礦二氧化鈦單晶體。
[0014]實施例2
一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其製備方法包括以下步驟:步驟一、前驅體水溶液的製備:將硫酸氧鈦加入水中製備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦水溶液中加入含氟試劑，使所得混合溶液中的氟和鈦的摩爾比為16:1-24:1，即為前驅體水溶液，備用；
所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；
步驟二、按照前驅體水溶液體積和反應釜的容積比為7:10的比例取上述步驟一所製備的前驅體水溶液加入到反應釜中，在180°C保溫孵化12小時後自然冷卻至室溫，得到反應物，備用；
步驟三、將上述步驟二的反應物進行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次並將水抽乾後，置於真空乾燥箱中80°C乾燥8小時後取出，備用；所述餅的洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，並震蕩，使濾餅懸浮；然後以4500r/min的轉速離心8_10min分鐘後，取出上層溶液，剩餘濾餅再進行下次洗滌。
[0015]步驟四、將所得濾餅於瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時後自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球。。由圖2可知所製備的微球為多晶面片狀單晶結構，其邊長約為1.3 μ m，厚約為0.6 μπ?ο
[0016]實施例3
一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其製備方法包括以下步驟:步驟一、將鈦鹽加入水中製備出鈦鹽水溶液；在鈦鹽水溶液中加入含氟試劑，使所得混合溶液中的氟和鈦的摩爾比為4:1-16:1,即為前驅體水溶液,備用；
所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液；所述鈦鹽為硫酸氧鈦。
[0017]步驟二、按照前驅體水溶液體積和反應釜的容積比為:7:10的比例取上述步驟一所製備的前驅體水溶液加入到反應釜中，在180°C保溫孵化12小時後自然冷卻至室溫，得到反應物，備用；
步驟三、將上述步驟二的反應物進行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次並將水抽乾後，置於真空乾燥箱中80°C乾燥8小時後取出，備用；
所述洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，並震蕩，使濾餅懸浮；然後以5000r/min的轉速離心5_10min分鐘後,取出上層溶液,剩餘濾餅再進行下次洗漆。
[0018]步驟四、將所得濾餅於瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時後自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球。由圖3可知所製備的微球為多晶面片狀單晶結構，其邊長約為1.3 ym，厚約為0.6 μ m。將所製備的多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球進行光催化活性檢測，得到其經450°C煅燒後的光催化降解甲基橙曲線，由圖4可知，製備產品顯示出較強的光催化活性和較高的光催化效率，相同條件下降解甲基橙I小時，本發明所得產品較商業化的P25粉的光催化高17倍。由圖5實施例3製得的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球經450°C煅燒後的XRD譜線圖可知，所製備的表面納米刻蝕的二氧化鈦微球為純銳鈦礦相二氧化鈦。
【權利要求】
1.一種多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其特徵在於:其製備方法包括以下步驟: 步驟一、前驅體水溶液的製備:將硫酸氧鈦加入水中製備出硫酸氧鈦水溶液；在硫酸氧鈦水溶液中加入含氟試劑，使所得混合溶液中的氟和鈦的摩爾比為16:1-24:1，即為前驅體水溶液，備用； 步驟二、按照前驅體水溶液體積與反應釜容積比為7:10的比例取上述步驟一所製備的前驅體水溶液加入到反應釜中，在180°C保溫孵化12小時後自然冷卻至室溫，得到反應物，備用； 步驟三、將上述步驟二的反應物進行抽濾，所得濾餅用去離子水洗滌3次並將水抽乾後，置於真空乾燥箱中80°C乾燥8小時後取出，備用； 步驟四、將所得濾餅置於瓷舟中，在馬弗爐中450°C煅燒3小時後自然冷卻至室溫，所得白色粉末，即為多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球。
2.如權利要求1所述的多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其特徵在於:所述步驟三中濾餅的洗滌的方法為，在裝有濾餅的離心管中加入去離子水，並震蕩，使濾餅懸浮；然後以4500r/min的轉速離心8_10min分鐘後,取出上層溶液,剩餘濾餅再進行下次洗漆。
3.如權利要求1所述的多晶面片狀單晶結構二氧化鈦微球的製備方法，其特徵在於:所述含氟試劑為氟化氫水溶液、氟化鈉固體或氟化鈉水溶液。
【文檔編號】C30B7/14GK104278323SQ201410353965
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】雷建飛, 杜凱, 倪靜, 魏榮慧, 張少峰, 李立本 申請人:河南科技大學