专利名称：一种氧化钛纳米管阵列或氧化钛纳米管粉体的低温晶化方法
技术领域：
本发明属于一种氧化钛纳米管的无煅烧晶化方法，具体涉及一种在水基溶液中低 温晶化阳极氧化法制备氧化钛纳米管阵列或氧化钛纳米管粉体的方法。
背景技术：
氧化钛作为一种宽禁带半导体，具高催化活性、低成本、良好的物理和化学稳定性 等特点，其应用范围非常广泛。它也是一种对人类和环境友好、无毒无污染的环保型材料， 原料丰富，成本低廉。同时，一维(I-D)半导体纳米材料，尤其是纳米管状结构，近年来由于 其独特的结构和性质引起了世界范围的关注和广泛研究。因此，近年来多种方法被报道用 来制备氧化钛纳米管，这些方法包括直接氧化金属钛片法、阳极氧化法、模板生长法、水热 法、自组装法以及溶胶-凝胶法等。在这些制备方法中，直接阳极氧化金属钛片制备氧化钛纳米管，已经成为较为成 熟的一种方法。然而，阳极氧化法制备的氧化钛纳米管都是无定型态的，需要经过高温煅烧 才能结晶。因此采用一种无需高温煅烧的结晶方法晶化阳极氧化无定型态氧化钛纳米管， 在众多技术领域有着很大的应用和研究价值，在光催化，多相催化，太阳能光伏电池，气体 传感器，光子晶体和生物医学等领域具有很广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化钛纳米管阵列或晶化氧化钛纳米管粉体的低温 晶化方法。为达到上述目的，本发明采用的制备方法为1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法，得到无定型态氧化钛纳米管阵列或氧化 钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管阵列或氧化钛纳米管粉体浸泡在水基溶 液中，并加热到600C _200°C保温1-50小时；3)最后，将步骤2)的混合液分离得样品，将分离出的样品经过去离子水清洗后在 低于100°C下烘干，即得晶化的氧化钛纳米管阵列或晶化氧化钛纳米管粉体。所述的水基溶液为纯水、质量浓度为0. 1-5.0%的盐酸水溶液或质量浓度为 0. 1-5. 0%的氢氧化钠水溶液.本发明采用水基溶解低温浸泡，具有生产效率高、合成成本低、工艺要求简单、而 且重复性好和可大规模制造等优点。本发明提出用水基溶液低温晶化无定型态氧化钛纳米 管的方法，采用阳极氧化的方法制备无定型态氧化钛纳米管先驱物。晶化之后的氧化钛纳 米管结晶性能良好，在光催化和太阳能光伏器件等方面有着广泛的应用前景。
图1是制备的氧化钛纳米管粉体和采用纯水晶化氧化钛纳米管粉体之后的XRD图；图2是采用阳极氧化得到的氧化钛纳米管阵列和纯水晶化之后的XRD图；图3是制备的氧化钛纳米管粉体和采用纯水置于高压反应釜中晶化氧化钛纳米 管粉体之后的XRD图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。实施例1 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在纯水中，并加热到60°C，保 温50小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例2:1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在纯水中，并加热到92°C，保 温35小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例3 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在纯水中，并加热到150°C，保 温10小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例4 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在质量浓度为0. 的盐酸水 溶液中，并加热到80°c，保温20小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例5:1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；
2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在质量浓度为5. 0%的氢氧化 钠水溶液中，并加热到92°C，保温10小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例6 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管阵列；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在纯水中，并加热到92°C，保 温50小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液分离出样品，将分离出的样品经过去离子水清洗 后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管阵列。实施例7 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管阵列；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在纯水中，并加热到92°C，保 温20小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液分离出样品，将分离出的样品经过去离子水清洗 后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管阵列。实施例8 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在纯水中，加热到150°C并置 于高压反应釜内，保温10小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例9 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在纯水中，加热到200°C并置 于高压反应釜内，保温1小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例10 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在质量浓度为2. 0%的盐酸水 溶液中，并加热到80°c，保温20小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。
实施例11 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管阵列；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在质量浓度为5. 0%的盐酸水 溶液中，并加热到160°C，保温20小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液分离出样品，将分离出的样品经过去离子水清洗 后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例12 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在质量浓度为0. 的氢氧化 钠水溶液中，并加热到180°C，保温10小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得晶化的氧化钛纳米管粉体。实施例13 1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法即在含氯离子电解液中氧化金属钛片，得 到无定型态的氧化钛纳米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管粉体浸泡在质量浓度为3. 0%的氢氧化 钠水溶液中，并加热到80°C，保温45小时；3)最后，将步骤2)得到的混合液以IOOOOrpm的速度离心10分钟分离样品，将分 离出的样品经过去离子水清洗后在80°C烘干残留水分得到晶化的氧化钛纳米管粉体。图1是实施例2中无定型氧化钛纳米管粉体在92°C纯水中晶化35小时前后的XRD 图。对比两条曲线，说明本发明制备的晶化后的氧化钛结晶性能良好。图2是实施例7中阳极氧化无定型氧化钛纳米管阵列在92°C纯水中晶化20小时 前后的XRD图。对比两条曲线可以看出，本发明使无定型态的钛纳米管阵列转变为锐钛矿 结构，晶化后的氧化钛纳米管阵列结晶性能良好。图3是实施例9中阳极氧化无定型氧化钛纳米管粉体在200°C高压反应釜中纯水 浸泡3小时前后的XRD图。对比两条曲线可以看出，本发明使无定型态的钛纳米管粉体转 变为锐钛矿结构，晶化后的氧化钛纳米管阵列结晶性能良好。综上所述，本发明能在低温下有效地晶化阳极氧化法制备的无定型氧化钛纳米 管，无需高温煅烧，方法简单可行，而且环保节能，具有很高的使用价值和经济价值。
权利要求
1.一种氧化钛纳米管阵列或氧化钛纳米管粉体的低温晶化方法，其特征在于1)首先，采用阳极氧化金属钛片的方法，得到无定型态氧化钛纳米管阵列或氧化钛纳 米管粉体；2)然后，将得到的无定型态氧化钛纳米管阵列或氧化钛纳米管粉体浸泡在水基溶液 中，并加热到600C _200°C保温1-50小时；3)最后，将步骤2)的混合液分离得样品，将分离出的样品经过去离子水清洗后在低于 100°C下烘干，即得晶化氧化钛纳米管阵列或晶化氧化钛纳米管粉体。
2.根据权利要求1所述的无定型态氧化钛纳米管阵列或氧化钛纳米管粉体的低温晶 化方法，其特征在于所述的水基溶液为纯水、质量浓度为0. 1-5. 0%的盐酸水溶液或质量 浓度为0. 1-5. 0%的氢氧化钠水溶液。
全文摘要
一种氧化钛纳米管阵列或氧化钛纳米管粉体的低温晶化方法，采用水基溶液浸泡氧化钛纳米管，阳极氧化的方法制备无定型态氧化钛纳米管先驱物，实现了无定型态氧化钛纳米管低温结晶。晶化之后的氧化钛纳米管结晶性能良好，在光催化和太阳能光伏器件等方面有着广泛的应用前景。本发明与传统的高温煅烧结晶工艺相比，具有简单、节能和环保的特点。
文档编号C01G23/047GK102145917SQ20111010265
公开日2011年8月10日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者廖宇龙, 申凤宇, 阙文修 申请人:西安交通大学