一种多元复合Ag?Pt?TiO<sub>2</sub>纳米管制备技术的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多元复合Ag?Pt?TiO2纳米管制备技术，采用该工艺生产复合纳米管可以有效地缩短纳米管的生长时间，提高纳米管的生产效率。由于生产过程中，不再使用高压反应釜等加压设备，极大地降低设备投入成本。由于在高温条件下纳米颗粒TiO2与强碱已经形成钛酸盐，缩短了生成溶解性小的片状钛酸盐时间，与此同时加入掺杂元素Ag和Pt，形成钛酸银以及钛酸铂化合物，掺杂元素Ag和Pt部分参与TiO2纳米管的晶格构成.本发明是在常压条件下制备复合纳米管，成本低，制备的纳米管的长度大幅提高，所需时间短，制得的复合纳米管性质稳定，而且有效地提高该复合纳米材料的光催化特性。
【专利说明】
一种多元复合Ag-Pt-T i O2纳米管制备技术
技术领域
[0001]本发明属于材料领域，涉及一种多元复合Ag-Pt-Ti02纳米管制备技术。
【背景技术】
[0002]T12是一种重要的无机功能材料，因其具有活性高、稳定性好、无二次污染、对人体无害且价格便宜，在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等领域有广阔的应用。自1991年由Iijima发现碳纳米管以来，吸引了人们对纳米管材料研究的极大兴趣。T12纳米管作为T12纳米材料的一种存在形式。管状结构的二氧化钛因其长径比以及纳米尺度的中空孔道，如果能在管中装入更小的无机、有机、金属或磁性纳米粒子组装成复合纳米材料，则T12纳米管的光电性能和催化活性将得到大大的改善。管径小于1nm的开口、中空T12纳米管还往往表现出显著的尺寸效应，以及纳米管比纳米膜具有更大的比表面积，因而具有较高的吸附能力，大大改善T12的光电、电磁及催化性能，进一步拓宽其在传感器、储氢材料、太阳能利用、光催化剂等领域应用。
[0003]T12纳米管的制备方法，主要有水热法和阳极氧化法两种方法。操作简单、成本低廉的水热合成法是目前制备Ti02纳米管最普遍的方法之一。水热法是指在高温下将Ti02纳米颗粒与碱液(通常选用廉价的NaOH溶液)进行反应得到钛酸盐，再经过离子交换以及焙烧从而制备T12纳米管的方法。据现有的文献报道:采用温和的水热法制备T12纳米管的方法无外乎就是在高压釜内将T12纳米颗粒与NaOH的水溶液进行混合，恒温数天，洗涤并煅烧钛酸盐沉淀，最终制得T12纳米管。
[0004]Hong Rui Peng等采用锐钛矿相T12纳米粒子与NaOH水溶液在更高的水热处理温度(>190°C)下合成反应，经500°C高温煅烧一小时，制得管径5-15nm、长度可达几百纳米至几微米的束状结构T12纳米管。梁建等将一定浓度的NaOH水溶液50ml与市售的T12粉体颗粒按一定的比例混合搅拌后，得到的白色悬浊液装入聚四氟乙烯内衬的高压釜中，将高压釜放入加热炉后，升温至130°C，进行为期2?3天的恒温水热处理。白色沉淀物用去离子水洗涤至中性，粉体在60°C烘干，即得到T12纳米管。Ming-deng Wei等将市售试剂Na2CO3和锐钛矿T12以1:3的比例进行混合，于1000 °(:高温融熔2h，融块被置于30ml高压釜内并在140?170°C保温5?18天。再经过滤、洗涤以及60°C下干燥4h后得到T12纳米管产品。
[0005]李静玲等使用碱熔-水热法，将AgNO3引入T12纳米管，制备了复合Ag-T12纳米管材料，并对其形貌和性能进行了研究。为了更进一步拓展该工艺用于其它材料的制备中，
【申请人】提出更为详细的制备方案，获取多元复合Ag-Pt-T12纳米管材料。
[0006]传统的水热法合成T12纳米管优点是操作简单，成本低廉。因为受到T12纳米管生长机理的局限性，形成中间产物钛酸盐所需反应时间较长，形成T12纳米管的管径小及长度到限等问题，T12纳米管的长度和厚度控制一般通过以下措施加以调节:(I)提高水热反应的温度(如将110?120°C — 170?190°C); (2)增加压力(使用高压釜)；(3)延长水热时间(由2?3天—十几天)；(4)提高碱熔反应的温度至1000°C。其缺点体现在:(I)使用高压反应釜，增加设备投资；(2)水热耗时较长；(3)水热温度较高；(4)掺杂元素在水热过程中加入，附着在纳米管上的掺杂元素参与钛酸盐形成的纳米管结晶度不高、易脱落等方面。
[0007]为了解决这些问题，
【申请人】提出常压下，强碱熔融-水热法生产多元复合T12纳米管工艺。采用该工艺生产复合纳米管可以有效地缩短纳米管的生长时间20%?50%，大大提高纳米管的生产效率。由于生产过程中，不再使用高压反应釜等加压设备，极大地降低设备投入成本。由于在高温条件下纳米颗粒T12与强碱熔融条件下已经形成钛酸盐，缩短了水热时生成钛酸盐时间。与此同时，加入掺杂元素，可参与T12纳米管的晶格构成，形成复合纳米管材料。研究表明:在较低的水热反应温度IlOtC和较短的水热时间2天即可获得几百纳米?数微米长度的T12纳米管，并且T12纳米管的稳定性和化学特性有所提高。
[0008]技术方案:
[0009]本发明所要解决的技术问题在于提供一种多元复合Ag-Pt-T12纳米管材料制备方法。该方法是在常压条件下制备复合纳米管，成本低，制备的纳米管的长度大幅提高，所需时间短，制得的复合纳米管性质稳定，而且有效地提高该复合纳米材料的光催化特性。
[0010]本发明是采用如下技术方案实现的:
[0011]一种多元复合Ag-Pt-T12纳米管材料的制备方法，包括如下步骤:
[0012]步骤一:常压下，将10重量份的纳米粒子Ti02、80重量份的Na0H、0.1?5重量份的Ag+和0.1?5重量份的Pt3+置于银坩祸内，充分混匀；
[0013]步骤二:将银坩祸置于600?750V的高温炉内熔融30?60分钟，取出坩祸，然后冷却至室温形成碱熔熔块；
[0014]步骤三:将所述碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于I Omo I /L;
[0015]步骤四:将聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；
[0016]步骤五:将所述干燥器置于110?1300C烘箱内保温2?5天进行水热反应；
[0017]步骤六:取出聚四氟乙烯塑料烧杯冷却至室温，用自来水洗涤沉淀物至中性；
[0018]步骤七:用体积分数为2%的HNO3洗涤沉淀物三遍以上；
[0019]步骤八:用蒸馏水洗涤沉淀物至近中性；
[0020]步骤九:将沉淀物转移至玻璃烧杯内，再将玻璃烧杯置于高温炉内，以5°C/min的升温速度从室温升至500°C，煅烧2小时，冷却至室温，研磨沉淀物制得成品。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下优点
[0022]1.与高压釜制备工艺相比，在常压条件下制备复合纳米管；
[0023]2.制备时间和长度提高，即效率提高；
[0024]3.贵金属Ag和Pt的掺杂量可以根据材料性能要求任意调节。
[0025]4.该制备工艺对该复合纳米材料的比表面积增加2?4倍。
[0026]5.掺杂的贵金属Ag和Pt直接参与钛酸盐纳米晶的晶体组成。掺杂元素不易脱落，对其光电特性以及光催化特性影响大于20 %。
【具体实施方式】
:
[0027]实施例1
[0028]一种多元复合Ag-Pt-T12纳米管材料的制备方法，包括如下步骤:
[0029]步骤一:常压下，将10重量份的纳米粒子Ti02、80重量份的Na0H、0.1?5重量份的Ag+和0.1?5重量份的Pt3+置于银坩祸内，充分混匀；
[0030]步骤二:将银坩祸置于600?750 V的高温炉内熔融30?60分钟，取出坩祸，然后冷却至室温形成碱熔熔块；
[0031 ]步骤三:将所述碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于I Omo I /L;
[0032]步骤四:将聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内；
[0033]步骤五:将所述干燥器置于110?1300C烘箱内保温2?5天进行水热反应；
[0034]步骤六:取出聚四氟乙烯塑料烧杯冷却至室温，用自来水洗涤沉淀物至中性；
[0035]步骤七:用体积分数为2%的HNO3洗涤沉淀物三遍以上；
[0036]步骤八:用蒸馏水洗涤沉淀物至近中性；
[0037]步骤九:将沉淀物转移至玻璃烧杯内，再将玻璃烧杯置于高温炉内，以5°C/min的升温速度从室温升至500°C，煅烧2小时，冷却至室温，研磨沉淀物制得成品。
[0038]本发明为常压下碱熔-水热法生产T12纳米管工艺。采用该工艺生产复合纳米管可以有效地缩短纳米管的生长时间，提高纳米管的生产效率。由于生产过程中，不再使用高压反应釜等加压设备，极大地降低设备投入成本。由于在高温条件下(600?750°C)纳米颗粒T12与强碱已经形成钛酸盐，缩短了生成溶解性小的片状钛酸盐时间，与此同时加入掺杂元素Ag和Pt，形成钛酸银以及钛酸铂化合物，掺杂元素Ag和Pt部分参与T12纳米管的晶格构成。研究表明:在较低的水热反应温度110?130°C和较短的水热时间2?5天即可获得的多元复合Ag-Pt-T12多元复合纳米管，并且其比表面积增加2?4倍。其热稳定性以及化学特性如光催化性有所提高。
【主权项】
1.一种多元复合Ag-Pt-T12纳米管材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:常压下，将10重量份的纳米粒子Ti02、80重量份的Na0H、0.1?5重量份的Ag+和.0.1?5重量份的Pt3+置于银坩祸内，充分混匀； 步骤二:将银坩祸置于600?750°C的高温炉内熔融30?60分钟，取出坩祸，然后冷却至室温形成碱熔熔块； 步骤三:将所述碱熔熔块放入聚四氟乙烯塑料烧杯里，加入蒸馏水溶解，蒸馏水加入量需保证溶液中NaOH的浓度不低于I Omo I /L; 步骤四:将聚四氟乙烯塑料烧杯盖上杯盖，置于干燥器内； 步骤五:将所述干燥器置于110?130°C烘箱内保温2?5天进行水热反应； 步骤六:取出聚四氟乙烯塑料烧杯冷却至室温，用自来水洗涤沉淀物至中性； 步骤七:用体积分数为2 %的HNO3洗涤沉淀物三遍以上； 步骤八:用蒸馏水洗涤沉淀物至近中性； 步骤九:将沉淀物转移至玻璃烧杯内，再将玻璃烧杯置于高温炉内，以5°C/min的升温速度从室温升至500°C，煅烧2小时，冷却至室温，研磨沉淀物制得成品。
【文档编号】B01J23/50GK106064085SQ201610415206
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月14日 公开号201610415206.X, CN 106064085 A, CN 106064085A, CN 201610415206, CN-A-106064085, CN106064085 A, CN106064085A, CN201610415206, CN201610415206.X
【发明人】李静玲, 廖薇, 蒋柱武, 余根鼎, 余巧莺, 翁晴, 林恬, 彭蕾
【申请人】福建工程学院