多刻面球狀微納結構二氧化鈦及其製備方法
2024-02-17 18:35:15 1
專利名稱：多刻面球狀微納結構二氧化鈦及其製備方法
技術領域：
本發明公開一種多刻面球狀微納結構二氧化鈦及其製備方法，屬納米材料技術領域。
背景技術：
二氧化鈦在光催化、光電催化、氣體傳感器、薄膜太陽能電池、鋰離子電池和電致 變色等眾多領域有著廣泛的潛在應用。二氧化鈦的晶型、比表面積和和形貌是決定其光催 化效率等性能的關鍵因素。例如，銳鈦礦結構二氧化鈦較金紅石型、板鈦礦型等其他晶型的 二氧化鈦具有更加優異的光催化性能；尤其是(001)晶面，對催化效果起著舉足輕重的作 用。後續的熱處理過程會引起晶粒長大，比表面積減少，催化劑表面的活性基團損失，從而 導致催化效率的降低。另一方面，不同的納米形態不但影響比表面積及表面狀態，對光生電 子空穴對的分離輸運等特性也有重要影響。迄今，研究者已製備出納米管、納米線、納米棒、 納米花、空心納米球等多種形態的二氧化鈦，這些形態各異的納米結構都表現出了各自不 同的優異的物理化學及光電性能。因此，具有大比表面積、結晶良好的新型結構二氧化鈦的 低溫製備，具有重要的科學意義和實用價值。
發明內容
本發明的目的是提供一種多刻面球狀微納結構二氧化鈦及其製備方法。 本發明的多刻面球狀微納結構二氧化鈦，由邊長150 350納米的立方體團簇成
直徑1.5 2. 5微米的球體。 多刻面球狀微納結構二氧化鈦的製備方法，包括以下步驟 1)將質量濃度為50 55%的氫氟酸、質量濃度為65 68%的硝酸與去離子水按 體積比l : 3 : 6混合，得酸洗液； 2)配製質量濃度為0.04 0.08%的氟化氫水溶液，置入聚四氟乙烯水熱罐中，氟 化氫水溶液與水熱罐的體積比為4:5; 3)按每升氟化氫水溶液中加入金屬鈦粉0.25 1克，將金屬鈦粉放入聚四氟乙烯 水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反應2 24小時，用去離子水清洗，乾燥， 得到多刻面球狀微納結構二氧化鈦；或將金屬鈦板用步驟1)的酸洗液酸洗後，再用去離子 水超聲波清洗乾淨，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反應 2 24小時，用去離子水清洗，乾燥，得到附著在金屬鈦板上的多刻面球狀微納結構二氧化 鈦。 本發明採用金屬鈦粉或金屬鈦板和氟化氫水溶液直接反應的方法簡便易行，不需 要模板劑和催化劑，不需後續熱處理。製得的多刻面球狀微納結構二氧化鈦晶型為銳鈦礦， 結晶良好，結構新穎，尺寸規整，可廣泛應用於光催化、氣體傳感器、薄膜太陽能電池等領 域。
圖1為實施例1製備的多刻面球狀微納結構二氧化鈦粉末場發射掃描電子顯微鏡 照片； 圖2為實施例2製備的多刻面球狀微納結構二氧化鈦粉末場發射掃描電子顯微鏡 照片； 圖3為實施例3製備的多刻面球狀微納結構二氧化鈦粉末場發射掃描電子顯微鏡 照片； 圖4為實施例4製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的場發射掃 描電子顯微鏡照片； 圖5為實施例5製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的場發射掃 描電子顯微鏡照片； 圖6為實施例6製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的場發射掃 描電子顯微鏡照片； 圖7為實施例6製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的X射線衍 射圖； 圖8為實施例7製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的場發射掃 描電子顯微鏡照片； 圖9為實施例8製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的場發射掃 描電子顯微鏡照片； 圖10為實施例8製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的X射線 衍射圖； 圖11為實施例9製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的場發射 掃描電子顯微鏡照片； 圖12為實施例9製備的表面覆蓋多刻面球狀微納結構二氧化鈦的鈦片的X射線 衍射圖。
具體實施例方式
以下結合實施例進一步闡述本發明方法。以下所說的濃度均為質量百分比濃度。
實施例1 1)配製質量濃度為0. 05%的氟化氫水溶液，置入聚四氟乙烯水熱罐中，氟化氫水 溶液與水熱罐的體積比為4:5; 2)秤取20mg粒度約200目的金屬鈦粉，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水 溶液中，在18(TC下水熱反應5小時，用去離子水反覆衝洗3遍，乾燥，得到如圖l所示的多 刻面球狀微納結構二氧化鈦，球體的平均直徑為2. 0微米，組成球體的單個立方體邊長為 150 200納米，且中間凹陷。
實施例2
1)同實施例1 ; 2)秤取40mg粒度約200目的金屬鈦粉，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水 溶液中，在18(TC下水熱反應12小時，用去離子水反覆衝洗3遍，乾燥，得到如圖2所示的多刻面球狀微納結構二氧化鈦，球體的平均直徑為1. 5 2. 0微米。組成球體的單個立方體 邊長為150 200納米，其上分布微孔。
實施例3 1)配製質量濃度為0. 08%的氟化氫水溶液，置入聚四氟乙烯水熱罐中，氟化氫水 溶液與水熱罐的體積比為4:5; 2)秤取10mg粒度約200目的金屬鈦粉，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水 溶液中，在18(TC下水熱反應24小時，用去離子水反覆衝洗3遍，乾燥，得到如圖3所示的多 刻面球狀微納結構二氧化鈦，球體的平均直徑為1. 5 2. 0微米。組成球體的單個立方體 邊長為150 200納米，多數立方體單元中間凹陷。
實施例4 1)將質量濃度為55%的氫氟酸、質量濃度為65%的硝酸與去離子水按體積比 1:3: 6混合，得酸洗液； 2)配製質量濃度為0. 05%的氟化氫水溶液，置入聚四氟乙烯水熱罐中，氟化氫水 溶液與水熱罐的體積比為4:5; 3)將尺寸為2X2X0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述酸洗液酸洗後，再用去離子水 在超聲波中清洗乾淨，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反 應2小時，用去離子水清洗，乾燥，得到如圖4所示的附著在金屬鈦板上的多刻面球狀微納 結構二氧化鈦，球體直徑約2 2. 5微米，組成球體的單個立方體邊長為150 200納米。
實施例5
1)同實施例4。 2)配製質量濃度為0. 06%的氟化氫水溶液，置入聚四氟乙烯水熱罐中，氟化氫水 溶液與水熱罐的體積比為4:5; 3)將尺寸為2X2X0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述酸洗液酸洗後，再用去離子水 在超聲波中清洗乾淨，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反 應3小時，用去離子水清洗，乾燥，得到如圖5所示的附著在金屬鈦板上的多刻面球狀微納 結構二氧化鈦，球體直徑約1. 5 2. 0微米，組成球體的單個立方體邊長為150 200納米。
實施例6 1) 1)將質量濃度為50%的氫氟酸、質量濃度為68%的硝酸與去離子水按體積比 1:3: 6混合，得酸洗液。
2)同實施例4。 3)將尺寸為2X2X0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述酸洗液酸洗後，再用去離子水 在超聲波中清洗乾淨，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反 應5小時，用去離子水清洗，乾燥，得到如圖6所示的附著在金屬鈦板上的多刻面球狀微納 結構二氧化鈦，球體直徑約為2. 0微米，組成球體的單個立方體邊長約為250納米，且中間 凹陷。圖7的X射線衍射結果顯示多刻面球狀微納結構二氧化鈦為結晶良好的銳鈦礦相結 構，並伴隨少量金紅石相。
實施例7
1)同實施例4。 2)配製質量濃度為0. 07%的氟化氫水溶液，置入聚四氟乙烯水熱罐中，氟化氫水
5溶液與水熱罐的體積比為4:5; 3)將尺寸為2X2X0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述酸洗液酸洗後，再用去離子水 在超聲波中清洗乾淨，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反 應12小時，用去離子水清洗，乾燥，得到如圖8所示的附著在金屬鈦板上的多刻面球狀微納 結構二氧化鈦，球體直徑約為2. 0微米，組成球體的單個立方體邊長約為350納米，且中間 凹陷。 實施例8
1)同實施例4。
2)同實施例5。 3)將尺寸為2X2X0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述酸洗液酸洗後，再用去離子水 在超聲波中清洗乾淨，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反 應24小時，用去離子水清洗，乾燥，得到如圖9所示的附著在金屬鈦板上的多刻面球狀微納 結構二氧化鈦，球體直徑約2. 0微米，組成球體的單個立方體邊長約為350納米，且頂面有 較多的腐蝕坑出現。圖10的X射線衍射結果顯示多刻面球狀微納結構二氧化鈦為結晶良 好的純銳鈦礦相結構。
實施例9
1)同實施例4。 2)配製質量濃度為0. 08%的氟化氫水溶液，置入聚四氟乙烯水熱罐中，氟化氫水 溶液與水熱罐的體積比為4:5; 3)將尺寸為2X2X0.01(cm3)金屬鈦板表面用上述酸洗液酸洗後，再用去離子水 在超聲波中清洗乾淨，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反 應24小時，用去離子水清洗，乾燥，得到如圖9所示的附著在金屬鈦板上的多刻面球狀微納 結構二氧化鈦，球體直徑為1. 5 2. 0微米，組成球體的單個立方體邊長約為300納米。圖 12的X射線衍射結果顯示多刻面球狀微納結構二氧化鈦為結晶良好的純銳鈦礦相結構。
權利要求
多刻面球狀微納結構二氧化鈦，其特徵是由邊長150～350納米的立方體團簇成直徑1.5～2.5微米的球體。
2. 製備權利要求1所述的多刻面球狀微納結構二氧化鈦的方法，包括以下步驟1) 將質量濃度為50 55%的氫氟酸、質量濃度為65 68%的硝酸與去離子水按體積 比l : 3 : 6混合，得酸洗液；2) 配製質量濃度為O. 04 0. 08%的氟化氫水溶液，置入聚四氟乙烯水熱罐中，氟化氫 水溶液與水熱罐的體積比為4:5;3) 按每升氟化氫水溶液中加入金屬鈦粉O. 25 l克，將金屬鈦粉放入聚四氟乙烯水熱 罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反應2 24小時，用去離子水清洗，乾燥，得到 多刻面球狀微納結構二氧化鈦；或將金屬鈦板用步驟1)的酸洗液酸洗後，再用去離子水超 聲波清洗乾淨，放入聚四氟乙烯水熱罐並浸沒於氟化氫水溶液中，在18(TC下水熱反應2 24小時，用去離子水清洗，乾燥，得到附著在金屬鈦板上的多刻面球狀微納結構二氧化鈦。
全文摘要
本發明公開的多刻面球狀微納結構二氧化鈦由邊長150～350納米的立方體團簇成直徑1.5～2.5微米的球體。採用金屬鈦粉或金屬鈦板和氟化氫水溶液直接180℃水熱反應製備，製備方法簡便易行，不需要模板劑和催化劑，不需後續熱處理。製得的多刻面球狀微納結構二氧化鈦晶型為銳鈦礦，結晶良好，結構新穎，尺寸規整，可廣泛應用於光催化、氣體傳感器、薄膜太陽能電池等領域。
文檔編號B81C99/00GK101767820SQ20101003964
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月12日 優先權日2010年1月12日
發明者吳進明, 宋小梅 申請人:浙江大學