專利名稱：一種大活性面銳鈦礦單晶TiO₂的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二氧化鈦材料及其制備方法，特別涉及一種大活性面銳鈦礦單晶Ti02的制備 方法。
背景技術(shù)：
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。
二氧化鈦的應(yīng)用與其晶體結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)有著密切的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)銳鈦礦二氧化鈦的 (001)面具有最高的表面活性，但由于其表面能較(101)面高，從而通常制備得到的二氧 化鈦都顯示出(101)面的晶面取向，以至于很難制備出以具有大面積(001)面的二氧化鈦。
最近，文獻(xiàn)[Nature, 2008， 453， 638-641]取得了突破，他們以TiF4為原料，在加入氫氟 酸的情況下，進(jìn)行水熱反應(yīng)，制備出具有大面積(001)面的銳鈦礦單晶Ti02。但此方法中， 采用的TiF4價(jià)格昂貴，且在溶解TiF4之前，必須將水溶液的PH值調(diào)節(jié)到2左右，這些都限 制了這種先進(jìn)二氧化鈦材料的發(fā)展和大規(guī)模使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以金屬鈦粉為原料，制備大活性面銳鈦礦單晶Ti02的制備 方法。本制備方法成本低廉，過程簡(jiǎn)單、可控，反應(yīng)溫和，(001)面面積大，且充分利用反 應(yīng)原料，不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，對(duì)人體無害。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明方法的包括以下工藝步驟
(1) 稱量鈦粉0.01 lg，將所稱量的鈦粉溶解在20 80 ml的氫氟酸和雙氧水的混合 溶液中；在氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，所用氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，體積為0.05 5ml; 所用雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，體積為0.1 5ml,其余部分為高純水；然后將所述含鈦溶液 在15(TC 200。C下水熱反應(yīng)1小時(shí) 40小時(shí)；
(2) 反應(yīng)完畢后，用高純水沖洗反應(yīng)所得產(chǎn)物，直至步驟(1)所得產(chǎn)物的PH值達(dá)到7 左右；然后將步驟(1)所得產(chǎn)物置于50 10(TC的烘箱中烘烤5-24小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物烘干， 制得大活性面銳鈦礦單晶Ti02。
至此本發(fā)明大活性面銳鈦礦單晶Ti02材料制備完畢。


圖1:為本發(fā)明之實(shí)施例1所制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的掃描電子顯微鏡圖； 圖2:為本發(fā)明之實(shí)施例1所制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的X射線衍射圖譜； 圖3:為本發(fā)明之實(shí)施例1所制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的透射電子顯微鏡圖； 圖4:為本發(fā)明之實(shí)施例1所制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的電子衍射圖； 圖5:為本發(fā)明之實(shí)施例5所制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的掃描電子顯微鏡圖6:為本發(fā)明之實(shí)施例5所制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的X射線衍射圖譜。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例l
稱量鈦粉0.01克，溶解在30 ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水 的混合溶液中，氫氟酸的體積為0.1 ml，雙氧水的體積為3 ml，其余液體為高純水；之后 將所述的含鈦溶液置于水熱反應(yīng)釜中，在18(TC下反應(yīng)10小時(shí)；反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)產(chǎn)物用 高純水沖洗多次，直至PH值達(dá)到7左右；然后將反應(yīng)產(chǎn)物置于8(TC的烘箱中烘烤10小時(shí)， 將反應(yīng)產(chǎn)物烘干。
本實(shí)施例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳鈦礦單晶Ti02。
圖l所示為本實(shí)施例制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的掃描電鏡圖。圖2所示為本實(shí)施 例制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的X射線衍射圖譜，表明所制得的Ti02具有良好的銳鈦礦 結(jié)構(gòu)。圖3為本實(shí)施例制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的明場(chǎng)透射電子顯微鏡圖片。圖4為 與圖3對(duì)應(yīng)的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的電子衍射圖，證明其為銳鈦礦單晶二氧化鈦，且正 面為大活性面(001)面。 實(shí)施例2
稱量鈦粉0.01克，溶解在20 ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水 的混合溶液中，氫氟酸的體積為0.05 ml，雙氧水的體積為lml，其余液體為高純水；之后 將所述的含鈦溶液置于水熱反應(yīng)釜中在20(TC下反應(yīng)20小時(shí)；反應(yīng)完畢后，產(chǎn)物用高純水沖 洗多次，直至PH值達(dá)到7左右；然后在IOO 'C的烘箱中烘烤5小時(shí)烘干反應(yīng)產(chǎn)物。
本實(shí)施例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳鈦礦單晶Ti02。 實(shí)施例3
稱量鈦粉0.05克，溶解在40 ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水 的混合溶液中，氫氟酸的體積為0.3 ml，雙氧水的體積為2 ml，其余液體為高純水；之后將所述的含鈦溶液置于水熱反應(yīng)釜中，在200'C下反應(yīng)1小時(shí)；反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)產(chǎn)物用
高純水沖洗多次，直至PH值達(dá)到7左右；然后將反應(yīng)產(chǎn)物置于6(TC的烘箱中烘烤20小時(shí)，
將反應(yīng)產(chǎn)物烘千。
本實(shí)施案例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳鈦礦單晶Ti02。 實(shí)施例4
稱量鈦粉0.1克，溶解在50ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水的 混合溶液中，氫氟酸的體積為0.6 ml，雙氧水的體積為5 ml，其余液體為高純水；之后將 所述的含鈦溶液置于在水熱反應(yīng)釜中在150'C下反應(yīng)40小時(shí)；反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)產(chǎn)物用高 純水沖洗多次，直至PH值達(dá)到7左右；然后將反應(yīng)產(chǎn)物置于7(TC的烘箱中烘烤15小時(shí)，將 反應(yīng)產(chǎn)物烘干。
本實(shí)施例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳鈦礦單晶Ti02。 實(shí)施例5
稱量鈦粉0. 5克，溶解在60 ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水的 混合溶液中，氫氟酸的體積為3 inl，雙氧水的體積為4 ml，其余液體為高純水；之后將所 述的含鈦溶液置于水熱反應(yīng)釜中在160'C下反應(yīng)30小時(shí)；反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)產(chǎn)物用高純水 沖洗多次，直至PH值達(dá)到7左右；然后將反應(yīng)產(chǎn)物置于9(TC的烘箱烘烤8小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn) 物烘干。
本實(shí)施例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳鈦礦單晶Ti02。
圖5所示為本實(shí)施例制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的掃描電鏡圖；圖6所示為本實(shí)施 例制得的大活性面銳鈦礦單晶Ti02的X射線衍射圖譜。 實(shí)施例6
稱量鈦粉1克，溶解在80ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水的混 合溶液中，氫氟酸的體積為5 ml，雙氧水的體積為2 ml，其余液體為高純水；之后將所述 的含鈦溶液置于水熱反應(yīng)釜中在200下反應(yīng)5小時(shí)；反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)產(chǎn)物用高純水沖洗 多次，直至PH值達(dá)到7左右；然后將反應(yīng)產(chǎn)物置于5(TC的烘箱烘烤24小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物烘 干。
本實(shí)施例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳鈦礦單晶Ti02。 實(shí)施例7
稱量鈦粉0.01克，溶解在80 ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水 的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，氫氟酸的體積為0.2 ml，雙氧水的體積為3ml，其余液體為高純水；之后將所述的含鈦溶液置于水熱反應(yīng)釜中在180。C下8小時(shí)；
反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)產(chǎn)物用高純水沖洗多次，直至PH值達(dá)到7左右；然后將反應(yīng)產(chǎn)物置于
8(TC的烘箱中烘烤10小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物烘干。
本實(shí)施例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳鈦礦單晶Ti02。 實(shí)施例8
稱量鈦粉1克，溶解在20ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水的混 合溶液中，氫氟酸的體積為4 ml，雙氧水的體積為2 ml，其余液體為高純水；之后將所述 的含鈦溶液置于水熱反應(yīng)釜中在17(TC下15小時(shí)；反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)產(chǎn)物用高純水沖洗多 次，直至ffl值達(dá)到7左右；然后將反應(yīng)產(chǎn)物置于7(TC的烘箱中烘烤12小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物烘 干。
本實(shí)施例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳鈦礦單晶Ti02。 實(shí)施例9
稱量鈦粉0.1克，溶解在30ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在氫氟酸和雙氧水的 混合溶液中，氫氟酸的體積為0.5 ml，雙氧水的體積為3 ml，其余液體為高純水；之后將 所述的含鈦溶液置于水熱反應(yīng)釜中在19(TC下反應(yīng)12小時(shí)；反應(yīng)完畢后，將反應(yīng)產(chǎn)物用高純 水沖洗多次，直至ffl值達(dá)到7左右；然后將反應(yīng)產(chǎn)物置于6(TC的烘箱中烘烤18小時(shí)，將反 應(yīng)產(chǎn)物烘干。
本實(shí)施例所得到的產(chǎn)物為大活性面銳釹礦單晶Ti02。
權(quán)利要求
1.一種大活性面銳鈦礦單晶TiO2的制備方法，其特征在于(1)稱量鈦粉0.01～1g，將所稱量的鈦粉溶解在20～80ml的氫氟酸和雙氧水的混合溶液中；在氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，所用氫氟酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％，體積為0.05～5ml；所用雙氧水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，體積為0.1～5ml，其余部分為高純水；然后將所述含鈦溶液在150C～200℃下水熱反應(yīng)1小時(shí)～40小時(shí)；(2)反應(yīng)完畢后，用高純水沖洗步驟(1)所得的產(chǎn)物，直至所述的反應(yīng)所得產(chǎn)物的PH值達(dá)到7；然后將所述的反應(yīng)所得產(chǎn)物置于50～100℃的烘箱中烘烤5-24小時(shí)，將所述的反應(yīng)所得產(chǎn)物烘干，制得大活性面銳鈦礦單晶TiO2。
全文摘要
一種大活性面銳鈦礦單晶TiO₂的制備方法，其特征為將鈦粉溶解在氫氟酸和雙氧水的混合溶液中，在150-200℃下進(jìn)行水熱反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后洗滌反應(yīng)產(chǎn)物至其pH值達(dá)到7左右，然后在烘箱中烘干。
文檔編號(hào)C30B29/16GK101660203SQ20091009287
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者敏 劉, 王文靜 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所