專利名稱：多種復(fù)雜三維TiO<sub>2</sub>納米材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
，
本發(fā)明涉及二氧化鈦納米材料及其制備方法，特別涉及多種復(fù)雜三維Ti02納米材料及其 制備方法。
技術(shù)背景.
二氧化鈦是一種安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、低成本的半導(dǎo)體氧化物，在化妝品、紡織、 涂料、橡膠、印刷、光催化、污水處理和太陽能電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
目前制備二氧化鈦的方法主要有磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法、水熱 法等。磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法，通常需要高真空及大型設(shè)備，投入大，生產(chǎn)成本高。 溶膠-凝膠法采用四氯化鈦或者鈦酸四丁酯水解來制備溶膠，由于水解較為劇烈，反應(yīng)過程 難以控制。。水熱法設(shè)備簡單，反應(yīng)與外界隔絕，制備得到的二氧化鈦純凈、結(jié)晶較好、形 貌可控，而成為廣受關(guān)注的制備二氧化鈦的方法。
水熱實驗制備二氧化鈦，往往以四氯化鈦或者釹酸四丁酯作為原料，上述化學(xué)物質(zhì)化學(xué) 性質(zhì)活潑，水解劇烈，容易產(chǎn)生危險。也有研究者采用二氧化鈦粉末作為原料制備納米二氧 化鈦，但這樣得到的二氧化鈦形貌比較簡單，主要以一維納米線和納米管為主，難以得到三 維復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
文獻[Materials Letters, 2008, 62， 1819-1822]中以lg鈦粉與80ml 10 mol/L氫氧化鈉 溶液混合，在130度下水熱反應(yīng)24小時，再在ra^L6的鹽酸溶液中浸泡24小時，然后經(jīng) 過400。C處理后，制備得銳鈦礦Ti02納米管。以鈦粉直接與氫氧化鈉溶液混合進行水熱反應(yīng)， 由于采用的溫度較低，制備的Ti02納米材料仍是一維納米管。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供多種復(fù)雜三維Ti02納米材料及其制備方法，本發(fā)明以鈦粉為原 料，沒有有機物參與，而能制備三維復(fù)雜形貌二氧化鈦的制備方法。本制備方法過程簡單、 可控，反應(yīng)溫和，充分利用反應(yīng)原料，不會'產(chǎn)生有害氣體，對人體無害。'
本發(fā)明制備的Ti02納米材料為空心絨球狀三維Ti02納米材料或絨線狀三維Ti02納米材 料。所述空心絨球狀三維Ti02納米材料，具有類似絨球的空心球狀結(jié)構(gòu)，直徑為2 10微米， 所述空心絨球狀Ti02納米材料由Ti02納米管組成，Ti02納米管外徑為5~2'0'鄰米，內(nèi)徑為2~10納米；絨線狀三緱Ti0r納米材料長度為5微米 數(shù)百微米，'直徑為'2a0納米 3微米，所述絨 線狀三維Ti02納米材料表面覆蓋有片狀Ti02鱗片，Ti02鱗片長為100納米 500納米，寬為 10納米 100納米。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明方法的包括以下步驟
(1) 稱量鈦粉0.01g 10g，與氫氧化鈉或者氫氧化鉀溶液混合，氫氧化鈉或者氫氧化 鉀溶液摩爾濃度為5 raol/L~15 mol/L，然后在溫度為150'C 20(TC的烘箱中水熱反應(yīng)1小時 ~48小時；
(2) 反應(yīng)完畢后，用0.01mol/L lmol/L的硝酸或者鹽酸和高純水沖洗多次，直至步驟 (1)所得產(chǎn)物的PH值達到7;然后置于50 100'C的烘箱中5-24小時烘干。
至此本發(fā)明多種復(fù)雜三維Ti02納米材料制備完畢。
圖1為本發(fā)明之實施例1所制得的空心絨球狀三維Ti02納米材料的掃描電鏡圖； 圖2為本發(fā)明之實施例1所制得的空心絨球狀三維Ti02納米材料的透射電鏡圖； 圖3為本發(fā)明之實施例1所制得的空心絨球狀三維Ti02納米材料的高倍透射電鏡圖4為本發(fā)明之實施例7所制得的絨線狀三維Ti02納米材料的低倍掃描電鏡圖； 圖5為本發(fā)明之實施例7所制得的絨線狀三維Ti02納米材料的中倍掃描電鏡圖； 圖6為本發(fā)明之實施例7所制得的絨線狀三維Ti02納米材料的高倍掃描電鏡圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1
稱量鈦粉0.1克，與40ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為10 mol/L，攪 拌均勻，然后置于50ml容積的水熱反應(yīng)釜18(TC反應(yīng)5小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用0. lmol/L 的硝酸和高純水沖洗多次，直至ra值達到7;然后在8(TC的烘箱中10小時烘干。
本實施例所制得的TiOa為空心絨球狀Ti02納米材料。
圖l所示為本實施例制得的絨球狀Ti02納米材料的掃描電鏡圖，其形貌為絨球狀，直徑 為2 10微米；圖2所示為本實施例制得的空心絨球狀Ti02納米材料的透射電鏡圖，表明其 具有空心結(jié)構(gòu)；圖2所示為本實施例制得的絨球狀Ti02納米材料的高倍透射電鏡圖，發(fā)現(xiàn)空 心絨球狀三維Ti02納米材料由納米管組成，Ti02納米管外徑為5~20納米，內(nèi)徑為2~10納米。 實施例2
稱量鈦粉0.05克，與80ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為15 mol/L，攪拌均勻，然后置于100ml容積的水熱反應(yīng)釜20(TC反應(yīng)1小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用'O. Olmol/L 的硝酸和高純水沖洗多次，直至ra值達到7;然后在7(TC的烘箱中15小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為空心絨球狀三維Ti02納米材料。 實施例3
稱量鈦粉1克，與40ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為15 mol/L，攪拌 均勻，然后置于100ml容積的水熱反應(yīng)釜20(TC反應(yīng)1小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用lmol/L 的硝酸和高純水沖洗多次，直至PH值達到7;然后在5(TC的烘箱中24小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為空心絨球狀三維Ti02納米材料。 實施例4
稱量鈦粉5克，與80ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為10 mol/L，攪拌 均勻，然后置于100ml容積的水熱反應(yīng)釜18(TC反應(yīng)24小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用0. 5mol/L 的鹽酸和高純水沖洗多次，直至ffl值達到7;然后在6(TC的烘箱中20小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為空心絨球狀三維Ti02納米材料。 實施例5
稱量鈦粉10克，與80ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為5 mol/L，攪拌 均勻，然后置于100ml容積的水熱反應(yīng)釜15(TC反應(yīng)48小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用0. Olmol/L 的鹽酸和高純7尺沖洗多次，直至PH值達到7;然后在7(TC的烘箱中15小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為空心絨球狀三維TiC)2納米材料。 實施例6
稱量鈦粉10克，與80ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為15mol/L，攪拌 均勻，然后置于100ml容積的水熱反應(yīng)釜200'C反應(yīng)1小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用lmol/L 的硝酸和高純水沖洗多次，直至ra值達到7;然后在8(TC的烘箱中10小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為空心絨球狀三維Ti02納米材料。 實施例7
稱量鈦粉0.02克，與40ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為10mol/L，攪 拌均勻，然后置于50ml容積的水熱反應(yīng)釜150度反應(yīng)3小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用0. lmol/L 的鹽酸和高純水沖洗多次，直至ra值達到7;然后在80'C的烘箱中IO小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為絨線狀三維Ti02納米材料。
圖4所示為本實施例制得的絨線狀Ti02納米材料的低倍掃描電鏡圖，其形貌為絨線狀， 長度為5微米 數(shù)百微米，直徑為200納米~3微米，其表面具有片狀Ti02鱗片，鱗片長為100 納米 500納米，寬為10納米 100納米；圖5所示為本實施例制得的絨線狀Ti02納米材料的中倍掃描電鏡圖，其形貌為絨線狀，表面具有片狀Ti02鱗片；圖6所示為本實;^例制得的絨'
線狀Ti02納米材料的高倍倍掃描電鏡圖，其形貌為絨線狀，表面具有片狀Ti02鱗片，鱗片
長為100納米~500納米，寬為10納米~100納米。
實施例8
稱量鈦粉0.01克，與80ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為5 niol/L,攪 拌均勻，然后置于100ml容積的水熱反應(yīng)釜20(TC反應(yīng)1小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用0. lmol/L 的鹽酸和高純水沖洗多次，直至PH值達到7;然后在7(TC的烘箱中15小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為絨線狀三維Ti02納米材料。 實施例9
稱量鈦粉0.05克，與40ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為10mol/L,攪 拌均勻，然后置于50ml容積的水熱反應(yīng)釜15(TC反應(yīng)20小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用lraol/L 的硝酸和高純水沖洗多次，直至PH值達到7;然后在9(TC的烘箱中8小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為絨線狀三維Ti02納米材料。 實施例10
稱量鈦粉0.01克，與40ml氫氧化鈉溶液混合，氫氧化鈉溶液摩爾濃度為15mol/L，攪 拌均勻，然后置于50ml容積的水熱反應(yīng)釜180。C反應(yīng)3小時；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用0. 2mol/L 的鹽酸和高純水沖洗多次，直至ffl值達到7;然后在6(TC的烘箱中20小時烘干。
本實施例所制得的Ti02為絨線狀三維Ti02納米材料。
權(quán)利要求
1、一種多種復(fù)雜三維TiO2納米材料，其特征是，所述TiO2納米材料形貌為空心絨球狀三維TiO2納米材料或絨線狀三維TiO2納米材料；所述空心絨球狀三維TiO2納米材料，具有類似絨球的空心球狀結(jié)構(gòu)，直徑為2～10微米，所述空心絨球狀TiO2納米材料由TiO2納米管組成，TiO2納米管外徑為5～20納米，內(nèi)徑為2～10納米；所述絨線狀三維TiO2納米材料長度為5微米～數(shù)百微米，直徑為200納米～3微米，所述絨線狀三維TiO2納米材料表面覆蓋有片狀TiO2鱗片，TiO2鱗片長為100納米～500納米，寬為10納米～100納米；
2、 制備權(quán)利要求1所述的多種復(fù)雜三維Ti02納米材料的方法，其特征是該制備方法的 工藝包括以下步驟(1) 稱量鈦粉i 0.01g 10g，將鈦粉與氫氧化鈉或者氫氧化鉀溶液混合，然后在溫度為 150'C 20(TC的烘箱中水熱反應(yīng)1小時~48小時；氫氧化鈉或者氫氧化鉀溶液摩爾濃度為 5mol/L ~15mol/L;(2) 反應(yīng)完畢后，用0.01mol/L lmol/L的硝酸或者鹽酸和高純水沖洗多次，直至步驟 (1)所得產(chǎn)物的PH值達到7;然后將所述步驟(1)所得產(chǎn)物置于50 10(TC的烘箱中5-24小時烘干。
全文摘要
多種復(fù)雜三維TiO<sub>2</sub>納米材料，其形貌為空心絨球狀三維TiO<sub>2</sub>納米材料或絨線狀三維TiO<sub>2</sub>納米材料；所述空心絨球狀三維TiO<sub>2</sub>納米材料，具有類似絨球的空心球狀結(jié)構(gòu)，直徑為2～10微米，所述空心絨球狀TiO<sub>2</sub>納米材料由TiO<sub>2</sub>納米管組成，TiO<sub>2</sub>納米管外徑為5～20納米，內(nèi)徑為2～10納米；所述絨線狀三維TiO<sub>2</sub>納米材料長度為5微米～數(shù)百微米，直徑為200納米～3微米，所述絨線狀三維TiO<sub>2</sub>納米材料表面覆蓋有片狀TiO<sub>2</sub>鱗片，TiO<sub>2</sub>鱗片長為100納米～500納米，寬為10納米～100納米。制備所述TiO<sub>2</sub>納米材料方法為以鈦粉為原料，與氫氧化鈉或者氫氧化鉀溶液混合，在一定溫度下進行水熱反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后洗滌至pH值達到7；然后在烘箱中一定溫度烘干。
文檔編號C01G23/047GK101486489SQ20081023975
公開日2009年7月22日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者敏 劉, 王文靜 申請人:中國科學(xué)院電工研究所