一種二氧化鈦納米管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備納米材料的方法，尤其陳述了二氧化鈦納米管的制備方法。
[0002]發(fā)明背景
[0003]能源短缺、環(huán)境污染以及大量CO2排放引起的溫室效應(yīng)，已成為當(dāng)今世界發(fā)展面臨的最主要問(wèn)題，發(fā)展新能源與可再生能源、控制CO2排放、實(shí)現(xiàn)CO2的資源化利用、減緩溫室效應(yīng)已成為社會(huì)各界的共識(shí)。納米材料的比表面積大，以及特殊的孔體積和表面區(qū)域，因此其物理化學(xué)性質(zhì)特殊，在光催化、鋰電池等領(lǐng)域具有誘人的應(yīng)用前景。二氧化鈦納米管對(duì)于波的吸收范圍比微米級(jí)的二氧化鈦?zhàn)兊脤挿?，有利于進(jìn)行光催化。二氧化鈦廉價(jià)無(wú)毒且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有優(yōu)良的光敏、濕敏、氣敏以及光電性能，在功能性陶瓷以及光催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0004]當(dāng)前，在眾多研宄與解決的技術(shù)方法中，以太陽(yáng)能結(jié)合光催化技術(shù)被認(rèn)為是具有應(yīng)用前景的綠色技術(shù)之一。利用豐富的太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電、太陽(yáng)能催化制氫等新能源技術(shù)來(lái)解決能源問(wèn)題；利用太陽(yáng)能光催化技術(shù)還原CO2,不僅能將CO2轉(zhuǎn)化為能源化學(xué)物質(zhì)，如CH3OH, CH4等，而且可以減緩溫室效應(yīng)。上述太陽(yáng)能光催化技術(shù)已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注，而實(shí)施這一過(guò)程的關(guān)鍵是高性能光催化劑材料的開(kāi)發(fā)。
[0005]由于二氧化鈦禁帶寬度是3.12eV，只能吸收波長(zhǎng)小于387nm的紫外光區(qū)域，這使得太陽(yáng)光能量的利用率只有4%左右，導(dǎo)致光轉(zhuǎn)化效率低，工業(yè)化應(yīng)用大受限制。為了拓展T12的光響應(yīng)范圍，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)1102進(jìn)行了大量的改性研宄，例如金屬離子摻雜、貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合、染料敏化和非金屬離子摻雜等，這些方法雖然可以使T12的光響應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生紅移，減小1102禁帶寬度，但是禁帶寬度的減小將會(huì)降低光生電子和空穴的氧化還原電位，導(dǎo)致光催化性能降低。納米材料可以在一定程度上增大吸收波長(zhǎng)的范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種制作產(chǎn)率高、在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍吸收光、光催化效果優(yōu)異的二氧化鈦納米管。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:一種二氧化鈦納米管的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008]I)溶液的配置:NaOH溶液濃度為lOmol/L，鹽酸溶液的濃度為ImoL/L ；
[0009]2)水熱反應(yīng):將市售二氧化鈦粉末加入高濃度NaOH溶液中，超聲混合15_25分鐘或者是磁力攪拌2-3小時(shí)使二者充分混合均勻，將混合液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中移至烘箱中，高溫水熱反應(yīng)一段時(shí)間；
[0010]所述的二氧化鈦納米管的制備方法配料各組份的重量份數(shù)是:
[0011 ] NaOH 溶液:95-98 份
[0012]Ti02:2-5 份
[0013]反應(yīng)溫度:120-140°C
[0014]反應(yīng)時(shí)間:32-36h
[0015]3)中間體的分離洗滌:經(jīng)過(guò)步驟2)的水熱反應(yīng)后將反應(yīng)釜自然冷卻至常溫，取出中間體，用配制好的lmol/L的鹽酸溶液進(jìn)行酸化，使PH保持為1.5，攪拌22-26小時(shí)，之后進(jìn)行抽濾洗滌，反復(fù)操作直至抽濾液為中性即可。
[0016]4)產(chǎn)物的制備:
[0017]將步驟3)中洗滌成中性的產(chǎn)物在70-90°C條件下干燥去水24-30小時(shí)，得到產(chǎn)物，然后再用瑪瑙研缽研成粉末即得到成品。
[0018]作為優(yōu)選的，所述步驟3)中間體的洗滌伴有抽濾的過(guò)程，或采用多級(jí)逆流洗滌。
[0019]作為優(yōu)選的，所述步驟3)中的攪拌要用磁力攪拌器攪拌，并用保鮮膜密封。
[0020]作為優(yōu)選的，所述步驟4)所用的干燥設(shè)備為烘箱或者是高溫爐。
[0021]一種根據(jù)上述方法制備的二氧化鈦納米管，其特征是:所述納米管的管徑為5_15nm，管壁為 2_4nm。
[0022]所述納米管長(zhǎng)度為90-110nm。
[0023]所述納米管管壁由多層納米薄膜構(gòu)成
[0024]本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明利用新型的水熱法制備二氧化鈦納米管，步驟簡(jiǎn)單，操作方便，反應(yīng)條件溫和且不需要任何模板，因而成本較低，適于大量生產(chǎn)。2、本發(fā)明中所用的酸液堿液均可以回收再利用，低碳環(huán)保，綠色生產(chǎn)，復(fù)合可持續(xù)發(fā)展的理念。3、本發(fā)明所述方法效率高，產(chǎn)率高，不需要高溫煅燒，制備出的納米管性能更加優(yōu)異，吸收波長(zhǎng)范圍更廣，光催化效果更加優(yōu)異，可以進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，比如光催化劑和鋰電池等。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明方法制得的納米管200K倍的SEM圖；
[0026]圖2是本發(fā)明方法制得的納米管80K的SEM圖；
[0027]圖3是本發(fā)明方法制得的納米管20nm的TEM圖；
[0028]圖4是本發(fā)明方法制得的納米管50nm的TEM圖。
[0029]圖5是本發(fā)明所述納米管吸收波長(zhǎng)范圍對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但并不限于以下實(shí)施例。
[0031]一種二氧化鈦納米管的制備方法，它包括以下步驟:
[0032]I)溶液的配置:NaOH溶液濃度為lOmol/L，鹽酸溶液的濃度為ImoL/L ；
[0033]2)水熱反應(yīng):將一定量市售二氧化鈦粉末加入高濃度NaOH溶液中，超聲混合15-25分鐘或者是磁力攪拌2-3小時(shí)使二者充分混合均勻，將混合液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中移至烘箱中，水熱反應(yīng)一段時(shí)間；
[0034]所述的二氧化鈦納米管的制備方法配料各組份的重量份數(shù)是:
[0035]NaOH 溶液:95-98 份
[0036]Ti02:2-5 份
[0037]反應(yīng)溫度:120-140°C
[0038]反應(yīng)時(shí)間:32_36h
[0039]3)中間體的分離洗滌:經(jīng)過(guò)步驟2)的水熱反應(yīng)后將反應(yīng)釜自然冷卻至常溫，取出中間體，用配制好的lmol/L的鹽酸溶液進(jìn)行酸化，使PH保持為1.5，攪拌22-26小時(shí)，之后進(jìn)行抽濾洗滌，反復(fù)操作直至抽濾液為中性即可。
[0040]4)產(chǎn)物的制備:
[0041]將步驟3)中洗滌成中性的產(chǎn)物在70-90°C條件下干燥去水24-30小時(shí)，得到產(chǎn)物，然后再用瑪瑙研缽研成粉末即得到成品。
[0042]所述步驟3)中間體的洗滌伴有抽濾的過(guò)程，或采用多級(jí)逆流洗滌。
[0043]所述步驟3)中的攪拌要用磁力攪拌器攪拌，并用保鮮膜密封。
[0044]所述步驟4)所用的干燥設(shè)備為烘箱或者是高溫爐。
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