本發(fā)明涉及一維陣列式TiOx納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種一維陣列式TiOx納米材料的制備方法。

背景技術(shù)：
一維納米材料具有大的比表面積和高效的載流子傳輸性能。Magneli相TiOx是一種亞化學(xué)計(jì)量鈦氧化物。與TiO2相比，TiOx材料電子能隙窄，能吸收更多的太陽(yáng)光；電導(dǎo)率高，可與石墨相媲美；表面氧空位豐富，吸附能力強(qiáng)；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。因此，一維TiOx納米材料是既具有Magneli相TiOx組成又具有一維納米結(jié)構(gòu)兩種特性的新型功能材料，可用于光催化降解污染物、光解水制氫、燃料電池、電化學(xué)過(guò)程中電極等領(lǐng)域。現(xiàn)有技術(shù)中，TiOx材料的制備方法主要有：(1)H2氣或碳還原TiO2；(2)在惰性氣氛下加熱TiO2和金屬鈦。上述制備方法很難獲得一維陣列式形貌的TiOx納米材料。因此，需要提供一種一維陣列式形貌的TiOx納米材料的制備方法，以得到一維陣列式TiOx納米材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種一維陣列式TiOx納米材料的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：一種一維陣列式TiOx納米材料的制備方法，該制備方法包括如下步驟：S1：制備單分散小球膠體晶體模板；S2：依次將乙酸和鈦酸四丁酯滴入無(wú)水乙醇中，在室溫下攪拌，得到呈淡黃色的TiO2溶膠；S3：將單分散小球膠體晶體模板平鋪于容器中；S4：將TiO2溶膠滴入容器中直到TiO2溶膠液面沒(méi)過(guò)單分散小球膠體晶體模板層上表面，使單分散小球膠體晶體模板能充分浸泡在TiO2溶膠中；單分散小球膠體晶體模板在TiO2溶膠中浸泡后減壓抽濾，濾掉未填充到單分散小球膠體晶體模板孔隙中的TiO2溶膠，且使得已經(jīng)填充到單分散小球膠體晶體模板孔隙中的TiO2溶膠沿著抽濾方向的填充度增大；S5：將填充TiO2溶膠后的單分散小球膠體晶體模板烘干，使得填充到單分散小球膠體晶體模板孔隙中的TiO2溶膠受熱產(chǎn)生乙醇蒸汽、乙酸蒸汽和水蒸氣，從而使得單分散小球膠體晶體模板孔隙中只填充有TiO2；然后將烘干后的孔隙中填充有TiO2的單分散小球膠體晶體模板進(jìn)行煅燒，得到具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的鈦氧化物；S6：將得到的三維有序大孔結(jié)構(gòu)的鈦氧化物在H2氣中高溫還原，得到一維陣列式形貌的TiOx納米材料，其中x<2。優(yōu)選地，重復(fù)所述步驟S4多次，以進(jìn)一步提高TiO2溶膠在單分散小球膠體晶體模板孔隙中的填充度。優(yōu)選地，所述步驟S1進(jìn)一步包括如下子步驟：S1.1：將乳白色的單分散球形顆粒均勻分散到水中，得到單分散小球分散液；S1.2：采用離心法、自然沉降法或干燥法使上述單分散小球分散液中的單分散球形顆粒有序排列，實(shí)現(xiàn)單分散球形顆粒的有序組裝，得到單分散小球膠體晶體模板；S1.3：將單分散小球膠體晶體模板上層的水移出，然后將單分散小球膠體晶體模板烘干。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟S1.1中，所述單分散球形顆粒的粒徑范圍為100-600nm，粒徑相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于9％。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟S1.1得到的單分散小球分散液中，單分散球形顆粒的質(zhì)量百分比濃度為1％-5％。優(yōu)選地，乙酸、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇的體積比為1:1:48。優(yōu)選地，所述步驟S4中，單分散小球膠體晶體模板在TiO2溶膠中浸泡的時(shí)間為0.5h-1h。優(yōu)選地，所述步驟S5中，煅燒溫度為400-600℃。優(yōu)選地，所述單分散小球的材質(zhì)為PMMA或PS；所述步驟S2中，生成TiO2溶膠的化學(xué)反應(yīng)式為：所述步驟S5中，烘干過(guò)程中生成TiO2的化學(xué)反應(yīng)式為：優(yōu)選地，所述步驟S6中，三維有序大孔結(jié)構(gòu)的鈦氧化物在H2氣中高溫還原的化學(xué)反應(yīng)式為：高溫還原時(shí)H2氣流量為180ml/min；高溫還原溫度為1000-1200℃，保溫時(shí)間為2h。本發(fā)明的有益效果如下：(1)利用H2氣還原三維有序大孔結(jié)構(gòu)的鈦氧化物效果明顯，能夠得到一維陣列式形貌的多相鈦氧化物；(2)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的制備方法能夠得到一維陣列式納米結(jié)構(gòu)的鈦氧化合物；(3)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的制備方法工藝過(guò)程操作簡(jiǎn)便，成本低。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一維陣列式TiOx納米材料的制備方法的流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一維陣列式TiOx納米材料的制備方法制備的TiOx(x<2)的掃描電鏡照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一維陣列式TiOx納米材料的制備方法制備的TiOx(x<2)的XRD譜圖。具體實(shí)施方式為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1本實(shí)施例提供的一維陣列式TiOx納米材料的制備方法包括如下步驟：S1：制備單分散小球膠體晶體模板；S2：依次將乙酸和鈦酸四丁酯滴入無(wú)水乙醇中，在室溫下攪拌，得到呈淡黃色的TiO2溶膠；S3：將單分散小球膠體晶體模板平鋪于容器中；S4：將TiO2溶膠滴入容器中直到TiO2溶膠液面沒(méi)過(guò)單分散小球膠體晶體模板層上表面，使單分散小球膠體晶體模板能充分浸泡在TiO2溶膠中；單分散小球膠體晶體模板在TiO2溶膠中浸泡后減壓抽濾，濾掉未填充到單分散小球膠體晶體模板孔隙中的TiO2溶膠，且使得已經(jīng)填充到單分散小球膠體晶體模板孔隙中的TiO2溶膠沿著抽濾方向的填充度增大；S5：將填充TiO2溶膠后的單分散小球膠體晶體模板烘干，使得填充到單分散小球膠體晶體模板孔隙中的TiO2溶膠受熱產(chǎn)生乙醇蒸汽、乙酸蒸汽和水蒸氣，從而使得單分散小球膠體晶體模板孔隙中只填充有TiO2；然后將烘干后的孔隙中填充有TiO2的單分散小球膠體晶體模板進(jìn)行煅燒，得到具有三維有序大孔結(jié)構(gòu)的鈦氧化物；S6：將得到的三維有序大孔結(jié)構(gòu)的鈦氧化物在H2氣中高溫還原，得到一維陣列式TiOx納米材料，其中x<2。上述步驟S1進(jìn)一步包括如下子步驟：S1.1：將乳白色的單分散球形顆粒均勻分散到水中，得到單分散小球分散液；S1.2：采用離心法、自然沉降法或干燥法使上述單分散小球分散液中的單分散球形顆粒有序排列，實(shí)現(xiàn)單分散球形顆粒的有序組裝，得到單分散小球膠體晶體模板；S1.3：將單分散小球膠體晶體模板上層的水移出，然后將單分散小球膠體晶體模板烘干。在本實(shí)施例的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，重復(fù)上述步驟S4多次，以進(jìn)一步提高TiO2溶膠在單分散小球膠體晶體模板孔隙中的填充度。上述步驟S1.1中，上述單分散球形顆粒的粒徑范圍為100-600nm，粒徑相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于9％。上述步驟S1.1得到的單分散小球分散液中，單分散球形顆粒的質(zhì)量百分比濃度為1％-5％。上述步驟S2中，乙酸、鈦酸四丁酯和無(wú)水乙醇的體積比為1:1:48。上述步驟S4中，單分散小球膠體晶體模板在TiO2溶膠中浸泡的時(shí)間為0.5h-1h。上述步驟S5中，煅燒溫度為400-600℃。上述單分散小球的材質(zhì)優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯乙烯(PS)。所述步驟S2中，生成TiO2溶膠的化學(xué)反應(yīng)式為：上述步驟S5中，烘干過(guò)程中生成TiO2的化學(xué)反應(yīng)式為：上述步驟S6中，三維有序大孔結(jié)構(gòu)的鈦氧化物在H2氣中高溫還原的化學(xué)反應(yīng)式為：上述步驟S6中，三維有序大孔結(jié)構(gòu)的鈦氧化物在氫氣氣氛下高溫還原時(shí)的氫氣流量為180ml/min；高溫還原時(shí)的溫度為1000-1200℃，保溫時(shí)間為2h。采用本實(shí)施例的所述制備方法制備的一維陣列式TiOx納米材料的掃描電鏡照片如圖2所示。采用本實(shí)施例的所述制備方法制備的一維陣列式TiOx納米材料的XRD譜圖如圖3所示，可以看出，本實(shí)施例的所述制備方法制備的TiOx(x<2)包括Ti4O7和Ti3O5兩相鈦氧化物，其中Ti4O7是主晶相。顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。