專利名稱：一種具有優(yōu)異結(jié)晶性和電導(dǎo)率的TiO₂的水熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TiO2的制備方法，特別是一種制備具有優(yōu)異結(jié)晶性和電導(dǎo)率的TiO2的水熱合成方法。
背景技術(shù)：
二氧化鈦因具有無毒、高效、化學(xué)穩(wěn)定性好、氧化能力強、價格低廉等優(yōu)點而在光催化降解有機污染物的技術(shù)領(lǐng)域倍受青睞。TiO2常見的晶型主要有以下幾種:銳鈦礦型(正方晶系)，金紅石型(正方晶系)，板鈦礦型(斜方晶系)和單斜晶系型。其中，目前被廣泛關(guān)注和研究的銳鈦礦型和金紅石型。雖然銳鈦礦型和金紅石型的結(jié)晶性能也非常優(yōu)異，但與之相比單斜晶系TiO2還具有更多的優(yōu)點，例如具有優(yōu)異導(dǎo)電性能，從而使得單斜晶系的TiO2有望獲得在諸如鋰電池負極材料等領(lǐng)域中更為廣泛的應(yīng)用。目前最常用于制備單斜晶系TiO2的方法主要是水熱合成法、固相反應(yīng)法。固相反應(yīng)法是將銳鈦礦型TiO2與碳酸鉀和碳酸鈉相混合，然后在高溫加熱處理，先合成K2Ti4O9和Na2Ti4O9，然后置于鹽酸溶液中進行離子置換得到H-T1-O的化合物，在進行熱處理最后得到單斜晶系Ti02。雖然固相反應(yīng)法的制備成本低廉，能夠很方便的進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，然而其制得的粒子形狀通常為棒狀，產(chǎn)品結(jié)晶的穩(wěn)定性較差。而水熱合成法是將銳鈦礦型TiO2與強堿溶液進行混合，在150-19CTC條件下反應(yīng)足夠的時間，合成K2Ti4O9和Na2Ti4O9，之后也是進行熱處理得到單斜晶系Ti02。比較而言，水熱合成法不但能夠在較低溫度下進行合成反應(yīng)，而且能夠得到納米纖維形態(tài)單斜晶系TiO2,結(jié)晶性相對更為穩(wěn)定。盡管水熱合成法相對于其他的方法具有相當?shù)膬?yōu)勢，但其得到的單斜晶系TiO2在高溫環(huán)境中仍然有轉(zhuǎn)化為銳鈦礦型Ti02。如何能夠更有效的獲得穩(wěn)定的單斜晶系TiO2并控制其結(jié)晶形貌，是水熱合成法中需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于提供能夠更有效的獲得穩(wěn)定的單斜晶系TiO2并控制其結(jié)晶形貌的一種制備具有優(yōu)異結(jié)晶性的TiO2的水熱合成方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:首先，選用粒度約0.02nm的高純銳鈦礦型TiO2,以及l(fā)Omol/L的NaOH溶液作為反應(yīng)原料，其中配比為每10_15g高純銳鈦礦型TiO2對應(yīng)為IOOml的NaOH溶液；第二，將高純銳鈦礦型TiO2與NaOH溶液置入密閉的高壓容器中混合并攪拌進行水熱合成反應(yīng)，其中反應(yīng)的條件是在溫度為325-415°C、壓力為22.0_35MPa的條件下進行的，反應(yīng)時間為2-3h ；第三，將水熱合成反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水進行洗滌，洗滌次數(shù)至少為4次；第四，將洗滌后的水熱合成反應(yīng)產(chǎn)物在0.lmol/L的鹽酸溶液中進行離子置換反應(yīng)，其中反應(yīng)溫度為60 -70°C，反應(yīng)時間為1.5-2h ；第五，將離子置換反應(yīng)產(chǎn)物在大氣環(huán)境的條件下進行熱處理最終得到單斜晶系TiO2的納米纖維，其中熱處理溫度為420-440°C，熱處理的時間為4-4.5h。
優(yōu)選的，第二步中，反應(yīng)溫度為380°C，壓力為25.0MPa，反應(yīng)時間為2.5h。
本發(fā)明的優(yōu)點是:采用了合適的水熱反應(yīng)溫度和壓力，獲得結(jié)晶性穩(wěn)定、形態(tài)可控的單斜晶系TiO2的納米纖維。


圖1是本發(fā)明得到的單斜晶系TiO2的納米纖維的SEM照片。
具體實施方式
下面，通過具體的實施例1-3對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例1.
首先，選用粒度約0.02nm的高純銳鈦礦型TiO2,以及l(fā)Omol/L的NaOH溶液作為反應(yīng)原料，其中配比為每12g高純銳鈦礦型TiO2對應(yīng)為IOOml的NaOH溶液；
第二，將高純銳鈦礦型TiO2與NaOH溶液置入密閉的高壓容器中混合并攪拌進行水熱合成反應(yīng)，其中反應(yīng)的條件是在溫度為325°C、22.0MPa的條件下進行的，反應(yīng)時間為2h ；
第三，將水熱合成反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水進行洗滌，洗滌次數(shù)為5次；
第四，將洗滌后的水熱合成反應(yīng)產(chǎn)物在0.lmol/L的鹽酸溶液中進行離子置換反應(yīng)，其中反應(yīng)溫度為65°C，反應(yīng)時間為1.8h ；
第五，將離子置換反應(yīng)產(chǎn)物在大氣環(huán)境的條件下進行熱處理最終得到單斜晶系TiO2的納米纖維，其中熱處理溫度為430°C，熱處理的時間為4.5h。
實施例2.
第二步中，反應(yīng)溫度為380°C，壓力為25.0MPa，反應(yīng)時間為2.5h。其余反應(yīng)條件均與實施例1中相同。
實施例3.
第二步中，反應(yīng)溫度為415°C，壓力為35.0MPa，反應(yīng)時間為3h。其余反應(yīng)條件均與實施例1中相同。
實施例1-3反應(yīng)后得到的產(chǎn)物經(jīng)XRD衍射測試確認均為單斜晶系TiO2 ;圖1為實施例2的SEM照片結(jié)果，可以看出，本申請制備方法得到單斜晶系TiO2具有約70-90nm的纖維直徑，且具有較長的纖維長度；將本發(fā)明中的單斜晶系TiO2納米纖維在大氣環(huán)境下于800°C條件下加熱5h后，測試的XRD衍射測結(jié)果仍然是單斜晶系TiO2的結(jié)晶相狀態(tài)，表明本申請中的單斜晶系TiO2具有極佳的結(jié)晶穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性；400°C熱處理產(chǎn)品以及800°C熱處理后的BET比表面積(單位m2/g)結(jié)果列于表I中，其中1#是采用現(xiàn)有技術(shù)中150-190°C條件下反 應(yīng)得到的單斜晶系TiO2的測試結(jié)果，2-4#分別是實施例1_3的測試結(jié)果，可以看出本發(fā)明的單斜晶系TiO2產(chǎn)品的BET比表面積遠小于現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品，并且經(jīng)過800°C熱處理后的穩(wěn)定性也遠遠高出；產(chǎn)品的電導(dǎo)率Log對數(shù)值(單位S/m)測試結(jié)果列于表2中，其中0#是銳鈦礦型TiO2的測試結(jié)果，1#是采用現(xiàn)有技術(shù)中150-190°C條件下反應(yīng)得到的單斜晶系TiO2的測試結(jié)果，2-4#分別是實施例1-3的測試結(jié)果，由結(jié)果可以看出，本發(fā)明的單斜晶系TiO2的電導(dǎo)率與現(xiàn)有技術(shù)的相比雖然略有降低，但還是遠遠高于銳鈦礦MTiO2O綜合上面的結(jié)果可知，在380°C，壓力為25.0MPa，反應(yīng)時間為2.5h條件下得到的單斜晶系TiO2納米纖維兼具了優(yōu)異的穩(wěn)定性和相對較高的導(dǎo)電率，具有最好的綜合性能。表I
權(quán)利要求
1.一種制備具有優(yōu)異結(jié)晶性和電導(dǎo)率的TiO2的水熱合成方法: 首先，選用粒度約0.02nm的高純銳鈦礦型Ti02，以及l(fā)Omol/L的NaOH溶液作為反應(yīng)原料，其中配比為每10-15g高純銳鈦礦型Ti02對應(yīng)為IOOml的NaOH溶液； 第二，將高純銳鈦礦型TiO2與NaOH溶液置入密閉的高壓容器中混合并攪拌進行水熱合成反應(yīng)，其中反應(yīng)的條件是在溫度為325-415°C、壓力為22.0_35MPa的條件下進行的，反應(yīng)時間為2-3h ； 第三，將水熱合成反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水進行洗滌，洗滌次數(shù)至少為4次； 第四，將洗滌后的水熱合成反應(yīng)產(chǎn)物在0.lmol/L的鹽酸溶液中進行離子置換反應(yīng)，其中反應(yīng)溫度為60-70°C，反應(yīng)時間為1.5-2h ； 第五，將離子置換反應(yīng)產(chǎn)物在大氣環(huán)境的條件下進行熱處理最終得到單斜晶系TiO2的納米纖維，其中熱處理溫度為420-440°C，熱處理的時間為4-4.5h。
優(yōu)選的，第二步中，反應(yīng) 溫 度為380°C，壓力為25.0MPa，反應(yīng)時間為2.5h。
全文摘要
一種制備具有優(yōu)異結(jié)晶性和電導(dǎo)率的TiO2的水熱合成方法，主要是采用了合適的水熱反應(yīng)溫度和壓力，獲得結(jié)晶性穩(wěn)定、形態(tài)可控的單斜晶系TiO2的納米纖維，其中TiO2的納米纖維的纖維直徑約為70-90nm，在800℃的高溫條件下仍舊能夠不轉(zhuǎn)化為其他結(jié)晶相，電導(dǎo)率約為0.1S/m數(shù)量級。
文檔編號C30B7/10GK103173844SQ20131005971
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月21日
發(fā)明者李磊 申請人:李磊