專利名稱：可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦 二氧化鈦納米棒的方法。
技術(shù)背景二氧化鈦納米材料在太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、氣敏傳感器、光催化降解有機(jī)物等方面 都有重要的應(yīng)用價(jià)值，傳統(tǒng)一般采用模板法和水熱法進(jìn)行二氧化鈦納米材料的制備，采用模 板法獲得的二氧化鈦納米材料雖然純度高，但是制備過(guò)程復(fù)雜，而且需要添加表面活性劑和 模板劑，反應(yīng)需要較高的溫度，原料成本高；目前采用現(xiàn)有水熱法的制備技術(shù)，雖然制備步 驟簡(jiǎn)單，伹是制備出的二氧化鈦納米材料純度不夠，特別是目前還未有可控合成純相銳鈦礦、 金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒的相關(guān)報(bào)道；此外，板鈦礦型二氧化鈦一般在自然界中高溫 高壓條件下生成，用人工方法難以合成純相板鈦礦。盡管有報(bào)道合成純相板鈦礦型二氧化鈦 納米粒子，但是板鈦礦型二氧化鈦納米棒還沒(méi)有被報(bào)道。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法， 該方法在較低溫度下和不添加任何表面活性劑和模板劑的條件下，用簡(jiǎn)單的水熱方法可控合 成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒，其操作簡(jiǎn)便、成本低、性能穩(wěn)定，純度高、 可以大量合成。本發(fā)明的可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，步驟為將0.5-2g 二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液10-50 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均 勻，混合物在363-373K下反應(yīng)24-48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體的pH值調(diào)節(jié) 為.5-7再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433-463K下反應(yīng)48h得到純相銳鈦 礦二氧化鈦納米棒。本發(fā)明的可控合成純相金紅石二氧化鈦納米棒的方法，步驟為將0.5-28二氧化鈦粉末 和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液10-50 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均 勻，混合物在363-373K下反應(yīng)24-48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體加入2-3摩爾/ 升的硝酸溶液50 mL，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433-463K下反應(yīng) 40-60h得到純相金紅石二氧化鈦納米棒。本發(fā)明的可控合成純相板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，步驟為將0.5-2g二氧化鈦粉末 和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液(請(qǐng)補(bǔ)充堿溶液的用量)，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器 中充分混合均勻，混合物在363-373K下反應(yīng)24-48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體pH值調(diào)節(jié)為10-ll，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在443-473K下反應(yīng)40-60h 得到純相板鈦礦二氧化鈦納米棒。 本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是1) 本發(fā)明的方法在較低溫度下和不添加任何表面活性劑和模板劑的條件下，用簡(jiǎn)單的 水熱方法可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒，其操作簡(jiǎn)便、成 本低、性能穩(wěn)定，純度高、可以大量合成；可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦 二氧化鈦納米材料為人們探査各種晶相二氧化鈦之間的聯(lián)系和更好的選擇利用納米 二氧化鈦提供幫助。2) 本發(fā)明的原料和制備過(guò)程科學(xué)合理首先，表面的!T和0fr顯著的影響Ti06的表明自 由能和它的結(jié)構(gòu)組成。在反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)H+的濃度較高時(shí)，它就會(huì)有效地降低Ti06 的表明自由能；由于金紅石相的能量較低，經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)后就自然形成金紅石相。 當(dāng)pH值接近中性時(shí)，H+的濃度對(duì)TiOa的結(jié)構(gòu)影響甚小，經(jīng)過(guò)水熱處理后，鋸齒型結(jié) 構(gòu)的鈦酸鹽縮合形成銳鈦礦相二氧化鈦。當(dāng)堿性較大，也就是Na+含量較高時(shí)，在鈦 酸鹽縮合的過(guò)程中Na+釋放而最終形成板鈦礦相的二氧化鈦。其次，根據(jù)一系列的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果及分析，我們認(rèn)為形成具有不同晶相和形貌的Ti02納米材料可能是一個(gè)溶解 和再結(jié)晶的過(guò)程。首先，鈦酸鈉納米片溶解形成[Ti06]基本單元。其次，[TiOs]基 本單元重新結(jié)合形成不同的晶相和形貌。在酸性條件下，有利于金紅石相的形成； 在中性條件下，有利于形成銳鈦礦相；在強(qiáng)堿性條件下，有利于形成板鈦礦相。3) 本發(fā)明合成的銳鈦礦和金紅石納米棒相貌較相似長(zhǎng)度大部分為100多納米，直徑約 為幾十納米，而板鈦礦納米棒不同于前面的兩種納米棒，是雙錐形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度約為 l~2nm。純度高于99%。


圖1是本發(fā)明的金紅石納米棒的透射電鏡照片。 圖2是本發(fā)明的銳鈦礦納米棒的透射電鏡照片。 圖3是本發(fā)明的板鈦礦納米棒的透射電鏡照片。
具體實(shí)施方式
可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒將0.5-2g 二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的 堿溶液10-50 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K 下反應(yīng)24-48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體的pH值調(diào)節(jié)為5-7再將其置于不銹鋼 高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433-463K下反應(yīng)48h得到純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒。 所述堿溶液中的堿為燒堿。所述前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。 可控合成純相金紅石二氧化鈦納米棒將0.5-2g 二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的 堿溶液10-50 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K 下反應(yīng)24-48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體加入2-3摩爾/升的硝酸溶液50mL,再 將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433-463K下反應(yīng)40-60h得到純相金紅石二氧 化鈦納米棒。所述堿溶液中的堿為燒堿?？煽睾铣杉兿喟邂伒V二氧化鈦納米棒將0.5-2g 二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的 堿溶液(請(qǐng)補(bǔ)充堿溶液的用量)，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合 物在363-373K下反應(yīng)24-48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體pH值調(diào)節(jié)為10-11，再 將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在443473K下反應(yīng)40-60h得到純相板鈦礦二氧 化鈦納米棒。所述堿溶液中的堿為燒堿。所述前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。 本發(fā)明合成的銳鈦礦和金紅石納米棒相貌較相似長(zhǎng)度大部分為100多納米，直徑約為幾十納米，而板鈦礦納米棒不同于前面的兩種納米棒，是雙錐形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度約為1~2 nm。純度高于99%。以下是本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。 實(shí)施例1可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒將0.5g 二氧化鈦粉末和濃度為8摩爾/升的堿溶液10 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯 容器中充分混合均勻，混合物在363K下反應(yīng)24h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體的 pH值調(diào)節(jié)為5再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433K下反應(yīng)48h得到純相 銳鈦礦二氧化鈦納米棒。所述堿溶液中的堿為燒堿。所述前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。 合成的銳鈦礦二氧化鈦納米棒長(zhǎng)度為100 ，直徑為20 nm，純度為99%。 實(shí)施例2可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒將2g 二氧化鈦粉末和濃度為12摩爾/升的堿溶液20 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯 容器中充分混合均勻，混合物在373K下反應(yīng)48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體的pH值調(diào)節(jié)為7再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在463K下反應(yīng)48h得到純相 銳鈦礦二氧化鈦納米棒。
所述堿溶液中的堿為燒堿。
所述前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。 合成的銳鈦礦二氧化鈦納米棒長(zhǎng)度為150 nm，直徑為30 nm，純度為高于99%。 實(shí)施例3
可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒
將l-1.5g 二氧化鈦粉末和濃度為10摩爾/升的堿溶液30 mL,在不銹鋼高壓釜或聚四氟 乙烯容器中充分混合均勻，混合物在370K下反應(yīng)30-40h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前 驅(qū)體的pH值調(diào)節(jié)為6，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在450-460K下反應(yīng) 48h得到純相銳鈦礦二氧化釹納米棒。 所述堿溶液中的堿為燒堿。
所述前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。 合成的銳鈦礦二氧化鈦納米棒長(zhǎng)度為150 nm，直徑為30 nm，純度為高于99%。 實(shí)施例4
可控合成純相金紅石二氧化鈦納米棒
將0.5g 二氧化鈦粉末和濃度為8摩爾/升的堿溶液20 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙 烯容器中充分混合均勻，混合物在363K下反應(yīng)24h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體 加入2摩爾/升的硝酸溶液50 mL，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433-K 下反應(yīng)40h得到純相金紅石二氧化鈦納米棒。
所述堿溶液中的堿為燒堿。
合成的金紅石二氧化鈦納米棒長(zhǎng)度為200 nm，直徑為40 nm，純度為高于99%。 實(shí)施例5
可控合成純相金紅石二氧化鈦納米棒
將2g 二氧化鈦粉末和濃度為12摩爾/升的堿溶液30 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙 烯容器中充分混合均勻，混合物在373K下反應(yīng)48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體 加入3摩爾/升的硝酸溶液50 mL，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在463K下 反應(yīng)60h得到純相金紅石二氧化鈦納米棒。
所述堿溶液中的堿為燒堿。
合成的金紅石二氧化鈦納米棒長(zhǎng)度為300 nm ，直徑為40 nm，純度為高于99%。 實(shí)施例6可控合成純相金紅石二氧化鈦納米棒將l-1.5g 二氧化鈦粉末和濃度為10-11摩爾/升的堿溶液燒堿，在不銹鋼高壓釜或聚四 氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在365-370K下反應(yīng)30-40h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體， 將前驅(qū)體加入2.5摩爾/升的硝酸溶液50 mL，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中 在450-460K下反應(yīng)50-55h得到純相金紅石二氧化鈦納米棒。所述堿溶液中的堿為燒堿。合成的金紅石二氧化鈦納米棒長(zhǎng)度為300 nm，直徑為40 nm,純度為高于99%。 實(shí)施例7可控合成純相板鈦礦二氧化鈦納米棒將0.5-2g 二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液20 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四 氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K下反應(yīng)24-48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體， 將前驅(qū)體pH值調(diào)節(jié)為10-11，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在443-473K下 反應(yīng)40-60h得到純相板鈦礦二氧化鈦納米棒。所述堿溶液中的堿為燒堿。所述前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。 合成的板鈦礦二氧化鈦納米棒是雙錐形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度約為1拜，純度為高于99%。 實(shí)施例8可控合成純相板鈦礦二氧化鈦納米棒將2g 二氧化鈦粉末和濃度為12摩爾/升的堿溶液30 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯 容器中充分混合均勻，混合物在373K下反應(yīng)48h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體pH 值調(diào)節(jié)為11，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在443473K下反應(yīng)60h得到純 相板鈦礦二氧化鈦納米棒。所述堿溶液中的堿為燒堿。所述前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。 合成的板鈦礦二氧化鈦納米棒是雙錐形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度約為2nm，純度為高于99%。 實(shí)施例9可控合成純相板鈦礦二氧化鈦納米棒將l-1.5g 二氧化鈦粉末和濃度為9-11摩爾/升的堿溶液50 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟 乙烯容器中充分混合均勻，混合物在370K下反應(yīng)30-45h;將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前 驅(qū)體pH值調(diào)節(jié)為10.5，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在450K下反應(yīng)50-55h 得到純相板鈦礦二氧化鈦納米棒所述堿溶液中的堿為燒堿。所述前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。 合成的板鈦礦二氧化鈦納米棒是雙錐形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度約為1.5拜，純度為高于99%。
權(quán)利要求
1.一種可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述方法的步驟為將0.5-2g二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液10-50mL，在不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K下反應(yīng)24-48h；將生成的產(chǎn)物作為前驅(qū)體，將前驅(qū)體的pH值調(diào)節(jié)為5-7再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在433-463K下反應(yīng)48h得到純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述 堿溶液中的堿為燒堿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控合成純相銳鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述 前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)。
4. 一種可控合成純相金紅石二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述方法的步驟為將 0.5-2g二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液10-50 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四 氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K下反應(yīng)2448h;將生成的產(chǎn)物作為前 驅(qū)體，將前驅(qū)體加入2-3摩爾/升的硝酸溶液50mL，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟 乙烯容器中在433-463K下反應(yīng)40-60h得到純相金紅石二氧化鈦納米棒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可控合成純相金紅石二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述 堿溶液中的堿為燒堿。
6. —種可控合成純相板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述方法的步驟為將 0.5-2g二氧化鈦粉末和濃度為8-12摩爾/升的堿溶液10-50 mL，在不銹鋼高壓釜或聚四 氟乙烯容器中充分混合均勻，混合物在363-373K下反應(yīng)24-48h;將生成的產(chǎn)物作為前 驅(qū)體，將前驅(qū)體pH值調(diào)節(jié)為10-11，再將其置于不銹鋼高壓釜或聚四氟乙烯容器中在 443-473K下反應(yīng)40-60h得到純相板鈦礦二氧化鈦納米棒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可控合成純相板鈦r"二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述 堿溶液中的堿為燒堿。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可控合成純相板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述 前驅(qū)體的pH值采用pH計(jì)控制，所述pH值采用燒堿或硝酸調(diào)節(jié)
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可控合成純相板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，其特征在于所述 的純相板鈦礦二氧化鈦納米棒為雙錐形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為l 2pm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒的方法，以簡(jiǎn)單的水熱方法以二氧化鈦粉末和堿溶液制備前驅(qū)體，通過(guò)控制前驅(qū)體的反應(yīng)條件，可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒；本發(fā)明的方法在較低溫度下和不添加任何表面活性劑和模板劑的條件下，用簡(jiǎn)單的水熱方法可控合成純相銳鈦礦、金紅石、板鈦礦二氧化鈦納米棒，其操作簡(jiǎn)便、成本低、性能穩(wěn)定，純度高、可以大量合成，具有顯著的有益經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C01G23/047GK101327951SQ20081007148
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者鄧其馨, 魏可鎂, 魏明燈 申請(qǐng)人:福州大學(xué)