专利名称：离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材的制作方法
技术领域：
本发明提供一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛(Ti02 )线管材，属于制备掺 杂型线管材的技术领域。
(二)
背景技术：
在光电转换或光催化领域，Ti02是非常有用的材料，但是，在利用可见光方面其效果并 不好，因此，人们希望通过金属离子掺杂改善此性能。己经发现，金属离子掺杂Ti02可以显 著提高光电转换或光催化效率。
(三)
发明内容
本发明的目的是提供一种全新的、简单而方便的制备方法,合成出金属离子含量容易控 制的金属离子掺杂二氧化钛线管材。
本发明一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛(Ti02 )线管材，该金属离子是掺 入到Ti02线管材中的，其方法为-
称取适量的层状钛酸盐线管材(该层状钛酸盐线管材的制备方法，见参考文献Ji T H, Tang M Y, Liu G R and Qi X Y，^ v. M 敏.Ww. 2006， 11-12,603)，将其与溶于水的金属盐水溶 液混合，在室温 240"C离子交换2 35小时，制得含所交换金属离子的层状钛酸盐线管材， 然后，将含所交换金属离子的层状钛酸盐线管材放入反应釜中，并加入适量水，在60 240"C进行反应4 40小时，得到金属离子掺杂Ti02线管材；
或者，直接将金属盐水溶液与层状钛酸盐线管材在反应釜中混合，并于60 240 "C之 间处理4 40小时，就可制得金属离子掺杂TiOa线管材。
其中，该金属盐选用氯化锰(MnCl2)，乙酸锰(Mn(Ac)2),氯化钴(CoCl2),乙酸 钴(Co(Ac)2),氯化亚铁(FeCl》，三氯化铁(FeCl:,)，氯化铜(CuCl2 )，硫酸铜(CuS04)， 氯化镍(NiCl2)，硝酸铕(Eu鍵,),硝酸银(Ag亂),氯化铟(InCl:,)。
其中，该层状钛酸盐线管材选用Na-Ti-0, K-Ti-0。
其中，在反应釜中通过离子交换法制备金属离子掺杂Ti02线管材的制备过程是新的合成 过程。
其中，使用一定的反应温度(60 240 "C)和反应时间(4 40小时)，是为了将含所交换金属离子的层状钛酸盐线管材转变为金属离子掺杂TiO,线管材。
其中，通过离子交换法制备含所交换金属离子的层状钛酸盐线管材的方法为使用可溶 水的金属盐水溶液直接与层状钛酸盐线管材混合，在室温 240"C和2 35小时的条件下进 行离子交换。
其中，直接将金属盐水溶液与层状钛酸盐线管材在反应釜中混合，于60 240 T之间 处理4 40小时，该适量金属盐水溶液与层状钛酸盐线管材是一起放入反应釜内的。
其中，新的制备金属离子掺杂Ti02线管材的过程，是指此合成过程是直接离子交换反应 的过程。
其中，进行离子交换时，溶于水的金属盐与层状钛酸盐直接在反应釜内混合，不需再加 其它物质。
本发明一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛(Ti02)线管材，其优点在于所使用 的原料廉价易得；操作简单易控制；掺杂Ti02线管材中的金属离子含量易控制；金属离子掺 杂Ti02线管材的形貌基本保持不变。
(四)
图l:制备金属离子掺杂Ti02线管材的流程图。
图2:实施例2制备得到的锰离子掺杂Ti02线管材的电镜照片。
图3:实施例8制备得到的锰和钴离子共掺杂Ti02线管材的电镜照片。
图4:实施例1、例4和例10制备得到的离子掺杂Ti02线管材的X射线衍射(XRD)谱图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛(Ti02)线管材，其制备步骤为 称取适量的金属盐，溶解在水中，再加入层状钛酸盐线管材进行混合，在室温 240"C， 时间2 35小时的条件下进行离子交换，制得含有所交换的金属离子的层状钛酸盐线管材； 然后，将这种含有所交换的金属离子的层状钛酸盐线管材与适量水，放在反应釜中，在60 240 "C之间反应4 40小时。具体实例如下
实验例h将1.0g氯化镉(CdCU溶在30mL水中，加入1.5g层状钛酸盐(Na-Ti-0)线 管材，在IOO'C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含有离子CcT的层状钛酸
盐线管材。取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进行反 应10h，即可制得C(f离子掺杂Ti02线管材。
实验例2:将l.Og氯化锰(MnCl2)溶在30niL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在100"C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含有M,离子的层状 钛酸盐线管材。取这种所交换的线管材i. 5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进 行反应10h，即可制得Mn"离子掺杂Ti02线管材。
实验例3:将l.Og乙酸锰(Mn(Ac)》溶在30mL水中，加入1.5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在100T进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含有离子Ccf的层状 钛酸盐线管材。取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进 行反应10h，即可制得MrT离子掺杂Ti02线管材。
实验例4:将0. lg氯化锰(MnCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材(Na_Ti-0)， 在160 "C直接进行反应10h，即可制得Mn"离子掺杂Ti02线管材。
实验例5:将1. 0g氯化锌(ZnCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材(Na-Ti-0)， 在100"C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含Zrf离子的层状钛酸盐线管材。 取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进行反应10h，即 可制得Zr^离子掺杂Ti02线管材。
实验例6:将1. Og氯化钴(CoCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材(Na-Ti-0)， 在100。C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含Co"离子的层状钛酸盐线管材。 取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进行反应10h，即 可制得Co"离子掺杂Ti02线管材。
实验例7:将0.2g氯化钴(CoCl2)溶在30mL水中，加入1.5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在160 。C进行反应10h,即可制得Co"离子掺杂Ti02线管材。
实验例8:将0.5g氯化钴(CoCl2)和0.5gMnCL共同溶在30mL水中，加入1.5g层状钛 酸盐线管材(Na-Ti-0)，在IOO"C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含Mn" 和C,离子的层状钛酸盐线管材。取这种所交换的线管材1. 5g再放入反应釜中，并加入30mL 水，在160 。C进行反应10h，即可制得Mn2， Co"离子掺杂Ti02线管材。
实验例9:将0. lg氯化汞(HgCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0),在IOO"C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含Hg"离子的层状钛 酸盐线管材。取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进行
反应10h，即可制得Hg"离子掺杂Ti02线管材。
实验例10:将l.Og乙酸铅(Pb(Ac)2)溶在30mL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在100"C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含Pb"离子的层状钛 酸盐线管材。取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进行 反应10h，即可制得Pb2+离子掺杂Ti02线管材。
实验例11:将l.Og氯化铜(CuCl2)溶在30mL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在IOO"C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含0/+离子的层状钛 酸盐线管材。取这种所交换的线管材1. 5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160。C进行 反应10h，即可制得Cu"离子掺杂Ti02线管材。
实验例12:将l.Og氯化铜(CuCl2)溶在30mL水中，加入1.5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在100。C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含(^2+离子的层状钛 酸盐线管材。取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入2.0mL乙醇和30mL水， 在160"C进行反应10h，即可制得Cu'离子掺杂Ti02线管材。
实验例13:将l.Og氯化铬(CrCl:,)溶在30mL水中，加入1.5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在10(TC进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含C,离子的层状钛 酸盐线管材。取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进行 反应10h，即可制得Cr'+离子掺杂Ti02线管材。
实验例14:将0.2g氯化铬(CrCl:,)溶在30mL水中，加入1.5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在160 "C进行反应10h，即可制得C离子掺杂丁102线管材。
实验例15:将0.2g硝酸银(AgNO:,)溶在30mL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在IOO"C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含Ag2+离子的层状钛 酸盐线管材。取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160"C进行 反应10h，即可制得Ag"离子掺杂Ti02线管材。
实验例16:将0. 2g硝酸铕(Eu (NO.,):,)溶在30mL水中，加入L 5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在IOO"C进行离子交换15h，冷到室温，过滤，水洗，制得含Eu"离子的层状钛
酸盐线管材。取这种所交换的线管材1.5g再放入反应釜中，并加入30mL水，在160。C进行 反应10h，即可制得Eu'+离子掺杂Ti02线管材。
实验例17:将0. 2g硝酸铕(Eu (NO.,),)溶在30mL水中，加入1. 5g层状钛酸盐线管材 (Na-Ti-0)，在160"C进行反应10h，即可制得Eij3+离子掺杂Ti02线管材。
权利要求
1、一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材，其特征在于其制备方法为称取所需量层状钛酸盐线管材，将其与溶于水的金属盐水溶液混合，通过离子交换法，制得含所交换金属离子的层状钛酸盐线管材；然后，将含所交换金属离子的层状钛酸盐线管材放入反应釜中，加入所需量水，加热至60～240℃，并保持在该温度下反应4～40小时，就可制得金属离子掺杂TiO2线管材。
2、 一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材，其特征在于其制备方法为取所 需量金属盐水溶液与层状钛酸盐线管材一起放入反应釜内，加热至60 240°C，并保持在 该温度下反应4 40小时，通过离子交换和热处理，就可制得金属离子掺杂Ti02线管材。
3、 根据权利要求1所述的一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材，其特征在于-该金属盐选用氯化锰，乙酸锰,氯化钴，乙酸钴，氯化亚铁，三氯化铁，氯化铜，硫酸铜， 氯化镍，硝酸铕,硝酸银，氯化铟。
4、 根据权利要求1所述的一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材，其特征在于-该层状钛酸盐线管材选用Na-Ti-0， K-Ti-0。
5、 根据权利要求2所述的一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材，其特征在于: 该金属盐选用氯化锰，乙酸锰,氯化钴，乙酸钴,氯化亚铁,三氯化铁,氯化铜，硫酸铜，氯 化镍，硝酸铕，硝酸银，氯化铟。
6、 根据权利要求2所述的一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材，其特征在于: 该层状钛酸盐线管材选用Na-Ti-O, K-Ti-0。
7、 根据权利要求5所述的一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材，其特征在于溶于水的金属盐与层状钛酸盐直接混合，不需再加其它物质。
8、 根据权利要求8所述的一种离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛线管材，其特征在于溶于水的金属盐与层状钛酸盐直接在反应釜内混合，不需再加其它物质。
全文摘要
本发明提供了离子交换法制备金属离子掺杂二氧化钛(TiO<sub>2</sub>)线管材，该方法为用金属离子交换过的层状钛酸盐线管材，在含有水的反应釜中，于60～240℃之间处理4～40小时；或者直接将金属盐水溶液与层状钛酸盐线管材在反应釜中混合，并于60～240℃之间处理4～40小时，就可制得金属离子掺杂TiO<sub>2</sub>线管材。该制备过程简单，反应条件容易控制，产品在光催化或光电转化及发光材料领域有巨大的潜在应用。
文档编号C01G23/053GK101190801SQ200610114748
公开日2008年6月4日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年11月22日
发明者嵇天浩, 功 程 申请人:北京航空航天大学