专利名称：一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化钛纳米束的制备方法。
背景技术：
近十几年来，具有纳米尺寸的纳米结构如纳米管、纳米纤维、纳米棒、枝叶型、花 型、桥型、塔型等以其特殊尺寸结构所产生的特殊物理化学性能以及尺寸效应得到国内外 研究者的广泛关注，是目前无机纳米材料制备领域的热点和重点。目前已成功制备了 Zn0、 Mg0、 Ti02、 Cu0和Fe304等一些重要的常见的纳米尺寸金属氧化物，并对其相应的物化性能 进行表征，同时对相关的一些性能进行了测定，得到了较为理想的结果。其中Ti02以其在 光催化、光子电池、气体传导、生物材料等领域的广泛应用前景，已成为国内外研究的重中 之重。现今制备方法也已成功合成了纳米纤维、纳米线、纳米棒、空心\实心微球、球聚体、 以及花瓣型结构等多种不同形貌的Ti02纳米结构，但是扇型结构二氧化钛纳米材料，其分 子结构极为复杂，目前尚无合成扇型结构二氧化钛纳米材料的报道。
发明内容
本发明目的是为了解决现有方法无法合成扇型结构二氧化钛纳米材料的问题，而 提供一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法。 制备具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束按以下步骤实现一、在冰水浴条件 下将四氯化钛滴加到去离子水中，得浓度为0. 7 0. 9mol/L的四氯化钛稀释液；二、将 10 30mL的四氯化钛稀释液加入到5 15mL的三氯甲烷中，然后在磁力搅拌器上搅拌5 15min，混合物；三、将混合物加入到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封，然后在温度 为150 17(TC的条件下，热处理8 14h，自然冷却至室温，得扇型结构金红石相二氧化钛 纳米束前躯体；四、将扇型结构金红石相二氧化钛纳米束前躯体过滤、洗涤4 6次，然后在 温度为50 7(TC的条件下，干燥5 10h，即得具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束；其 中步骤三中混合物的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的75% 85%。
本发明是采用水热法实现了具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的合成，此二 氧化钛纳米束为单一的金红石相。 本发明得到的具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的结构单一、均匀，并且具 有很高的产量，纯度高达99%以上。 本发明得到的具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束由直径为4 6nm，长度为 300 350nm的纳米棒组成，并且所有纳米棒都围绕某一端点呈发射状生长。这种特殊的扇 型纳米结构可能使得该金红石型Ti02在光催化、光子电池、气体传导、生物材料等领域得到应用。 本发明可重复性强、反应时间短、工艺简单且设备简单。
图1是具体实施方式
二十四中所得产物具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束 的X射线衍射分析图谱，图2是具体实施方式
二十四所得到产物具有扇型结构金红石相二 氧化钛纳米束的2万倍扫描电镜照片，图3是具体实施方式
二十四所得到产物具有扇型结 构金红石相二氧化钛纳米束透射电镜照片。
具体实施例方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的
任意组合。
具体实施方式
一 本实施方式制备具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束按以下 步骤实现一、在冰水浴条件下将四氣化钛滴加到去离子水中，得浓度为0. 7 0. 9mol/L的 四氯化钛稀释液；二、将10 30mL的四氯化钛稀释液加入到5 15mL的三氯甲烷中，然后 在磁力搅拌器上搅拌5 15min，混合物；三、将混合物加入到有聚四氟乙烯内衬的高压反 应釜中，密封，然后在温度为150 17(TC的条件下，热处理8 14h，自然冷却至室温，得扇 型结构金红石相二氧化钛纳米束前躯体；四、将扇型结构金红石相二氧化钛纳米束前躯体 过滤、洗涤4 6次，然后在温度为50 7(TC的条件下，干燥5 10h，即得具有扇型结构 金红石相二氧化钛纳米束；其中步骤三中混合物的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜 容积的75% 85%。 本实施方式是采用水热法合成了扇型结构金红石相二氧化钛纳米束。水热法是以 水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压，创造一个相对高温、高压的反应环境，使 得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶来制备材料，由于反应是在一个密封的水溶液环 境中进行，所以在较低温度、常压的外界环境下就可制得其它方法无法制备的新物质。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中四氯化钛稀释 液的浓度为0. 8mol/L。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。 本实施方式中所使用的四氯化钛和三氯甲烷均为分析纯，市场可以购买，大大降 低了生产成本。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤二中将15 25mL的四氯化钛稀释液加入到8 12mL的三氯甲烷中。其它步骤及参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是步骤二中将20mL 的四氯化钛稀释液加入到lOmL的三氯甲烷中。其它步骤及参数与具体实施方式
一或二相 同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四不同的是步骤二中搅拌时间 为8 12min。其它步骤及参数与具体实施方式
一至四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至四不同的是步骤二中搅拌时间 为10min。其它步骤及参数与具体实施方式
一至四相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是步骤二中搅拌速度
为4000 8000 r/min。其它步骤及参数与具体实施方式
一至六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是步骤二中搅拌速度为5000 7000 r/min。其它步骤及参数与具体实施方式
一至六相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是步骤二中搅拌速度
为5500 6500 r/min。其它步骤及参数与具体实施方式
一至六相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至六不同的是步骤二中搅拌速度
为6000r/min。其它步骤及参数与具体实施方式
一至六相同。
具体实施方式
i^一 本实施方式与具体实施方式
一至十不同的是步骤三中温度为 155 165°C。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
一至十不同的是步骤三中温度为 160°C。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一至十二不同的是步骤三中热处 理时间为9 13h。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十二相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一至十二不同的是步骤三中热处 理时间为10h。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十二相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
一至十二不同的是步骤三中热处 理时间为12h。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十二相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
一至十五不同的是步骤三中混合 物的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的78% 83%。其它步骤及参数与具体 实施方式一至十五相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
一至十五不同的是步骤三中混合 物的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的80%。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十五相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
一至十七不同的是步骤四中洗涤 的次数为5次。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十七相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
一至十八不同的是步骤四中温度 为55 65°C。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十八相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
一至十八不同的是步骤四中温度 为6(TC。其它步骤及参数与具体实施方式
一至十八相同。
具体实施方式
二十一 本实施方式与具体实施方式
一至二十不同的是步骤四中干 燥时间为6 9h。其它步骤及参数与具体实施方式
一至二十相同。
具体实施方式
二十二 本实施方式与具体实施方式
一至二十不同的是步骤四中干 燥时间为8h。其它步骤及参数与具体实施方式
一至二十相同。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
一至二十二不同的是步骤四中 洗涤的方式为依次采用去离子水和无水乙醇进行洗涤。其它步骤及参数与具体实施方式
一 至二十二相同。
具体实施方式
二十四本实施方式制备具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束按 以下步骤实现一、在冰水浴条件下将四氯化钛滴加到去离子水中，得浓度为0. 8mol/L的 四氯化钛稀释液；二、将20mL的四氯化钛稀释液加入到10mL的三氯甲烷中，然后在磁力搅 拌器上搅拌10min，混合物；三、将混合物加入到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封， 然后在温度为16(TC的条件下，热处理12h，自然冷却至室温，得扇型结构金红石相二氧化钛纳米束前躯体；四、将扇型结构金红石相二氧化钛纳米束前躯体过滤、洗涤5次，然后在 温度为6(TC的条件下，干燥8h，即得具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束；其中步骤三 中混合物的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的80% 。 采用日本理学D/max-rB旋转阳极X-射线衍射仪分析样品的晶相结构。X射线为 Cu革巴K a ( A = 0. 15406nm)，电压45kV，电流40mA ;狭缝DS : 1° ， SS : 1° ， RS : 1° ;步长
0.02°扫描范围3。 90° ;扫描速率5。 /min测试本实施方式具有扇型结构金红石相二 氧化钛纳米束的X射线衍射分析图谱如图l所示，从图l可以看出本实施方式具有扇型结 构金红石相二氧化钛纳米束具有很高的结晶度。 本实施方式得到的具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束纯度为99. 5% 。
本实施方式得到的具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的扫描电镜(SEM)照 片如图2所示，从图2中可以看出本实施方式所得具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束 由许多形状如同扇子的纳米结构组成，扇型纳米结构样式单一、均匀，这些扇型结构布满整 幅照片，说明本实施方式制备的具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的产量很高。
本实施方式得到的具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的透射电镜照片如图3 所示，从图3中可以看出本实施方式所得具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束每个扇型 纳米结构都是由直径5nm，长度为330nm的纳米棒组成，并且所有纳米棒都围绕某一端点呈 发射状生长。
具体实施方式
二十五本实施方式制备具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束按 以下步骤实现一、在冰水浴条件下将四氯化钛滴加到去离子水中，得浓度为0. 75mol/L的 四氯化钛稀释液；二、将18mL的四氯化钛稀释液加入到9mL的三氯甲烷中，然后在磁力搅拌 器上搅拌6min，混合物；三、将混合物加入到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封，然 后在温度为17(TC的条件下，热处理12h，自然冷却至室温，得扇型结构金红石相二氧化钛 纳米束前躯体；四、将扇型结构金红石相二氧化钛纳米束前躯体过滤、洗涤4次，然后在温 度为7(TC的条件下，干燥7h，即得具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束；其中步骤三中 混合物的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的85 % 。 本实施方式得到的具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束具有很高的结晶度。
本实施方式得到的具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束纯度为99. 2% 。
权利要求
一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法，其特征在于制备具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米棒按以下步骤实现一、在冰水浴条件下将四氯化钛滴加到去离子水中，得浓度为0.7～0.9mol/L的四氯化钛稀释液；二、将10～30mL的四氯化钛稀释液加入到5～15mL的三氯甲烷中，然后在磁力搅拌器上搅拌5～15min，混合物；三、将混合物加入到有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封，然后在温度为150～170℃的条件下，热处理8～14h，自然冷却至室温，得扇型结构金红石相二氧化钛纳米棒前躯体；四、将扇型结构金红石相二氧化钛纳米棒前躯体过滤、洗涤4～6次，然后在温度为50～70℃的条件下，干燥5～10h，即得具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米棒；其中混合物的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的75％～85％。
2. 根据权利要求1所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法，其 特征在于步骤一中四氯化钛稀释液的浓度为0. 8mol/L。
3. 根据权利要求1或2所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方 法，其特征在于步骤二中将15 25mL的四氯化钛稀释液加入到8 12mL的三氯甲烷中。
4. 根据权利要求3所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法，其 特征在于步骤二中搅拌时间为8 12min。
5. 根据权利要求1、2或4所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方 法，其特征在于步骤二中搅拌速度为4000 8000r/min。
6. 根据权利要求5所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法，其 特征在于步骤三中热处理时间为9 13h。
7. 根据权利要求1、2、4或6所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备 方法，其特征在于步骤三中混合物的加入量为聚四氟乙烯内衬的高压反应釜容积的78% 83%。
8. 根据权利要求7所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法，其 特征在于步骤四中温度为55 65°C。
9. 根据权利要求1、2、4、6或8所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制 备方法，其特征在于步骤四中干燥时间为6 9h。
10. 根据权利要求9所述的一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法， 其特征在于步骤四中洗涤的方式为依次采用去离子水和无水乙醇进行洗涤。
全文摘要
一种具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的制备方法，它涉及一种二氧化钛纳米束的制备方法。它解决了现有方法无法合成扇型结构二氧化钛纳米材料的问题。制备方法一、制备四氯化钛稀释液；二、将混合物放入高压反应釜中，制备扇型结构金红石相二氧化钛纳米棒前驱体；三、将扇型结构金红石相二氧化钛纳米棒前驱体过滤、洗涤，干燥。本发明是采用水热法合成的方法实现了具有扇型结构金红石相二氧化钛纳米束的合成。本发明得到的产品纯度高、产量高；本发明原材料价格便宜，可重复性强、反应时间短、工艺简单且设备简单。
文档编号B82B3/00GK101723449SQ200910310540
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者刘小为, 叶苗苗, 周楠, 陈忠林, 陈文辉 申请人:哈尔滨工业大学