無(wú)模板法制備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種無(wú)模板法制備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法。本發(fā)明以硫酸鈦（Ti(SO4)2）為鈦源，水為溶劑，甘油作晶化助劑的條件下，采用簡(jiǎn)單有效經(jīng)濟(jì)環(huán)保的無(wú)模板法，通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱合成過(guò)程，即得具有獨(dú)特夾心中空結(jié)構(gòu)的TiO2納米材料。從XRD譜圖可以看出制得的夾心中空TiO2納米材料具有典型的銳鈦礦結(jié)構(gòu)。該法制備的夾心中空TiO2納米材料在環(huán)境、能源及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】無(wú)模板法制備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中空二氧化鈦納米材料的制備方法，特別是一種無(wú)模板法制備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種非常重要的半導(dǎo)體金屬氧化物，二氧化鈦(TiO2)納米材料有著許多優(yōu)異的特性，它不僅具有非常強(qiáng)的氧化能力能夠氧化水中有機(jī)物，而且還擁有親和性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、成本低等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如色譜分離、催化氧化還原反應(yīng)、可見(jiàn)光催化分解水、色素增感太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、氣體傳感器和藥物傳輸?shù)?。然而，在其?yīng)用過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)材料的性能受很多因素的影響，如粒徑大小、比表面積、多孔性、晶相、結(jié)晶度以及形貌等。因此，學(xué)者們都希望能夠通過(guò)控制合成過(guò)程或者探索一些新的合成方法來(lái)達(dá)到形貌可控、粒徑可調(diào)及其他物化性質(zhì)的精細(xì)調(diào)變，以期得到性能優(yōu)異的TiO2納米材料。
[0003]目前，越來(lái)越多的研究集中到具有特殊形貌和性質(zhì)的TiO2納米或微米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，如球形、納米棒、纖維管等結(jié)構(gòu)。盡管制備TiO2納米材料的方法有很多，但模板法仍然被認(rèn)為是合成納米材料的一種非常重要的技術(shù)，利用其空間限域作用或結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用可對(duì)合成材料的尺寸、形貌、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行有效地裁剪。然而，模板法也存在一些不足，如軟模板法采用的多是一些昂貴的表面活性劑及其聚集體，過(guò)程雖然靈活，但形貌可控性不強(qiáng)，且合成成本較高；硬模板法雖然可控性強(qiáng)，但因?yàn)樾枰群铣赡０?，再用?qiáng)酸或強(qiáng)堿等將模板除去，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不但對(duì)環(huán)境不利，且生產(chǎn)效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的一些問(wèn)題，提供一種無(wú)模板制備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種無(wú)模板法制備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法，其特征在于該方法的具有步驟為..將去離子水和甘油按76~385 g:1 mol的比例攪拌混合均勻后；再加入硫酸鈦(Ti (SO4)2),繼續(xù)攪拌，使其混合均勻；其中甘油與硫酸鈦的摩爾比為80-150:1 ;然后在8(Tl30 °C條件下反應(yīng)廣24 h;反應(yīng)完成后，用去離子水和乙醇洗滌、離心分離后，烘干，最后在馬弗爐400-600 1:空氣氣氛中煅燒3 h，即得到夾心中空TiO2納米材料。
[0006]本發(fā)明的工藝過(guò)程中，水和甘油首先混合形成一個(gè)均相的溶劑體系，Ti (SO4)2加入后溶解并和水反應(yīng)生成TiOSO4,隨后TiOSO4與甘油生成鈦的前驅(qū)體，在水熱條件下，這些鈦的有機(jī)物前驅(qū)體水解生成TiO2小粒子并聚集成球，隨著反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，聚集的TiO2小顆粒在水熱作用下重新溶解并聚集形成較大的納米顆粒，同時(shí)，在奧斯特瓦爾德熟化效應(yīng)的作用下，這些納米顆粒再次溶解、沉積從而形成最終的夾心中空結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明采用無(wú)模板法，以水、硫酸鈦(Ti (SO4)2)和甘油為原料，通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱過(guò)程，制備出具有獨(dú)特夾心中空結(jié)構(gòu)的TiO2納米材料。本發(fā)明方法具有操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，原料易得，成本低、收率高等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)此方法制備的TiO2鈦納米材料具有獨(dú)特的夾心中空結(jié)構(gòu)，有著廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所得夾心中空TiO2納米材料的XRD譜圖。
[0009]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中所得夾心中空TiO2納米材料的TEM照片。
[0010]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中所得夾心中空TiO2納米材料的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0011]所有實(shí)施例均按上述技術(shù)方案的操作步驟進(jìn)行操作。
[0012]實(shí)施例1 a.用電子天平分別稱(chēng)取20.0 g去離子水和0.13 mol甘油，放入燒杯中混合攪拌均勻；
b.用電子天平稱(chēng)取0.0013 mol硫酸鈦(Ti (SO4)2)加入到上述溶液中繼續(xù)攪拌0.5 h，使其混合均勻；
c.將上述混合溶液倒入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在110°C條件下反應(yīng)6
h ；
d.反應(yīng)完成后，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜中取出，用去離子水和乙醇反復(fù)洗滌、離心后，將產(chǎn)物在60 °C下烘干，最后將其置于馬弗爐空氣氣氛中，550 °C煅燒3 h，即得本發(fā)明制備的夾心中空TiO2納米材料。
[0013]將所制得的樣品進(jìn)行物性表征，其部分結(jié)果如附圖所示。所得材料為夾心中空結(jié)構(gòu)，其粒徑在70(T900 nm之間。
[0014]實(shí)施例2
本實(shí)施例的制備過(guò)程和步驟與實(shí)施例1完全相同，不同的是在a步驟
用電子天平分別稱(chēng)取15.0 g去離子水和0.13 mol甘油，放入燒杯中混合攪拌均勻。
[0015]所得結(jié)果與實(shí)施例1基本相似，不同在于得到的TiO2納米材料形貌不均一，團(tuán)聚比較嚴(yán)重。
[0016]實(shí)施例3
本實(shí)施例的制備過(guò)程和步驟與實(shí)施例1完全相同，不同的是在c步驟
將上述混合溶液倒入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在110 °C條件下反應(yīng)2.5 h。
[0017]所得結(jié)果與實(shí)施例1有較大差別，制得的TiO2為實(shí)心顆粒，表面粗糙有毛刺狀結(jié)構(gòu)。
[0018]實(shí)施例4
本實(shí)施例的制備過(guò)程和步驟與實(shí)施例1完全相同，不同的是在c步驟
將上述混合溶液倒入帶聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在80 °C條件下反應(yīng)6 h。
[0019]所得結(jié)果與實(shí)施例1有較大差別，得到的TiO2為實(shí)心團(tuán)聚的小球，并且表面光滑。
[0020]參見(jiàn)附圖，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得夾心中空TiO2納米材料的XRD譜圖。XRD分析:在日本RigaKu D/max-2550型X射線衍射儀上進(jìn)行；采用CuKa衍射。從圖1中可知，本發(fā)明所得夾心中空TiO2納米材料具有典型的銳鈦礦結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖(PDF No: 21-1272)相一致，未見(jiàn)其它雜峰，證明其為純的晶相結(jié)構(gòu)。
[0021]參見(jiàn)附圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得夾心中空TiO2納米材料的透射電鏡(TEM)圖片。TEM分析:采用日本電子株式會(huì)社JE0L-200CX型透射電子顯微鏡觀察材料形貌。從TEM圖片可以看出，本發(fā)明制得的TiO2納米材料，具有獨(dú)特的夾心中空結(jié)構(gòu)，其粒徑在700-900nm之間。
[0022]參見(jiàn)附圖，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所得夾心中空TiO2納米材料的掃描電鏡(SEM)圖片。SEM分析:采用日本電子公司JSM-6700F型發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察材料形貌。從SEM圖片可以看出， 本發(fā)明制得的TiO2納米材料，球形表面粗糙；且從破損的顆粒中，可以看到明顯的夾心中空結(jié)構(gòu)，與TEM結(jié)果相一致。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)模板法制備夾心中空二氧化鈦納米材料的方法，其特征在于該方法的具有步驟為:將去離子水和甘油按76~385 g:1 mol的比例攪拌混合均勻后；再加入硫酸鈦(Ti (SO4)2),繼續(xù)攪拌，使其混合均勻；其中甘油與硫酸鈦的摩爾比為80-150:1 ;然后在8(Tl30 °C條件下反應(yīng)廣24 h;反應(yīng)完成后，用去離子水和乙醇洗滌、離心分離后，烘干，最后在馬弗爐400-600 1:空氣氣氛`中煅燒3 h，即得到夾心中空TiO2納米材料。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK103588244SQ201310554230
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張海嬌, 焦正, 王棟海, 高仁美, 伍路, 周洪順 申請(qǐng)人:上海大學(xué)