一种制备TiO₂纳米花带的方法

专利名称：一种制备TiO₂纳米花带的方法
技术领域：
本发明属于纳米材料技术领域,特别涉及一种制备TiO2纳米花带的方法。
背景技术：
TiO2纳米材料，具有较大的比表面积、优异的电荷传输性能，在光催化、染料敏化太阳能电池及锂电池等领域被广泛应用。TiO2的纳米结构，包括纳米颗粒、纳米线、纳米柱、纳米带及纳米花状结构等，体现出不同的性能，吸引了众多的研究。TiO2纳米结构的合成方法通常采用水热合成法，这种方法制备工艺简单，反应条件容易控制。不同的纳米结构受控于不同的合成条件，如钛化合物的水解速度、浓度，溶液的PH值等。其中，如何改变合成条件，获得含有大量锐利边沿及拐角的结构，对提高TiO2光化学及催化性能极其重要。我们通过在反应物中添加已具有纳米结构的TiO2纳米带作为反应的载体，利用钛酸丁酯水解后 的产物在TiO2纳米带表面的有序生长，获得了一种新的纳米结构。现有的合成方法可实现单个花朵结构，而这种方法利用已合成的纳米带作为支架可实现合成类似于带状的花束，一束束的穗状花朵排列于一条纳米带上，从而更有利于获得大的比表面积，同时具有大量的锐利边缘及拐角，无疑可以获得优异的光化学及光催化性能。

发明内容
本发明的目的是提出一种新的制备TiO2纳米花带的方法，本发明提供的方法采用TiO2纳米带作为反应的载体(前驱体)，并采用简单的银镜反应制备出掺银的TiO2纳米花带结构。具体的制备方法包括如下步骤(I)制备TiO2纳米带a.将P25 TiO2纳米颗粒加入到NaOH水溶液中，磁力搅拌均匀，将所得混合溶液放入反应釜中，18(T20(TC下反应12 24小时，将所得沉淀用去离子水洗涤、抽滤，至滤液为中性，得到钛酸钠纳米带；b.配制HCl溶液，将步骤a制得的钛酸钠纳米带浸泡于所述的HCl溶液中；c.将步骤b所得固体产物用去离子水洗涤、抽滤，至滤液为中性，再经干燥、煅烧后，获得TiO2纳米带；(2)按照去离子水体积分数为37%的盐酸的体积比为1:1的比例配制HCl抑制溶液；再按照每17mL所述的HCl抑制溶液中加入质量分数为98%的钛酸丁酯溶液IlmL的比例，将钛酸丁酯溶液加入到所述的HCl抑制溶液中，搅拌至均匀；(3)在步骤(2)所得溶液中加入适量的步骤(I)制得的TiO2纳米带，继续搅拌至均匀；(4)将步骤(3)所得溶液转移至反应釜中，16(T200°C下反应6 12小时；(5)将反应后的沉淀用去离子水及无水乙醇洗涤至滤液为中性，然后进行干燥处理，即获得TiO2纳米花带；(6)室温下配制银氨溶液在反应容器中滴入硝酸银溶液，硝酸银溶液的浓度控制在lwt9T2Wt%之间；再向反应容器中逐渐滴加浓度在lwt9T2wt%的氨水，使反应容器中的PH控制在8、之间，并不断震荡，直至所产生的沉淀恰好消失；(7)将制得的TiO2纳米花带加入步骤(6)制备的银氨溶液中，然后逐滴加入0. ro. 3mol/L的葡萄糖溶液，反应8 10min ;将得到的混合物质用去离子水洗涤、抽滤，直至滤液为中性，然后再经抽真空干燥后，即获得Ag/Ti02纳米花带。所述步骤(I)制得的TiO2纳米带，长度可达十几微米，宽度为5(T200纳米，厚度在50纳米左右；所述步骤(I)中使用的NaOH溶液的浓度为lOmol/L，HCl溶液的浓度为0. I mol/L，以保证反应的完全进行；所述步骤(I)中的干燥温度为5(T70°C，干燥时间为广3小时；煅烧温度为 55(T650°C，煅烧时间为I 3小时；所述步骤(3)中加入的TiO2纳米带的重量为每使用步骤(2)中17mL HCl抑制溶液，加入0. oro. 05g步骤(I)制得的TiO2纳米带；所述步骤(5)中的干燥处理为干燥温度为80°C，干燥时间为12小时。本发明的有益效果为本发明采用工业用TiO2颗粒(P25)，首先利用水热方法合成二氧化钛纳米带，水热合成的优势在于可中温液相控制、能耗相对较低、可控性好、且在密闭的容器中进行，污染小；利用本发明所提供的方法制备的TiO2纳米花带具有很多的锐利边缘及拐角，可以有效提高TiO2的光化学及光催化性能；对TiO2纳米花带的测试表明，TiO2纳米花带结构具有很大的比表面积；根据进行的光降解实验表明，TiO2纳米花带对甲基橙的光催化效果强于TiO2和P25以及TiO2纳米带；由于TiO2纳米花带具有大的比表面积和较强的光催化活性，故可广泛应用于光化学、锂电池测试、染料敏化和太阳能电池等领域。


图I是本发明实施例中合成的新型TiO2纳米花带结构的扫描电子显微镜图；图2是本发明实施例中合成的Ag/P25、Ag/Ti02纳米带及Ag/Ti02纳米花带的光催化降解甲基橙溶液的对比试验结果。
具体实施例方式本发明提出的一种制备二氧化钛纳米花带的方法可通过如下的方法实施，具体的制备方法包括如下步骤(I)制备TiO2纳米带a.将P25 TiO2纳米颗粒加入到浓度为lOmol/L的NaOH水溶液中，磁力搅拌均匀，将所得混合溶液放入反应釜中，18(T20(TC下反应12 24小时，将所得沉淀用去离子水洗涤、抽滤，至滤液为中性；b.配制浓度为0. lmol/L的HCl溶液，将步骤a所得沉淀物浸泡于所述的HCl溶液中；c.将步骤b所得固体产物用去离子水洗涤、抽滤，至滤液为中性；然后在温度为5(T70°C的条件下干燥3小时；最后在温度为55(T650°C的条件下煅烧3小时后，即获得TiO2纳米带；(2)按照去离子水体积分数为37%的盐酸的体积比为1:1的比例配制HCl抑制溶液；再按照每17mL所述的HCl抑制溶液中加入质量分数为98%的钛酸丁酯溶液IlmL的比例，将钛酸丁酯溶液加入到所述的HCl抑制溶液中，搅拌至均匀；(3)按照每使用步骤(2)中17mL HCl抑制溶液，加入0. 01、. 05g步骤(I)制得的TiO2纳米带的比例，将步骤(I)制得的TiO2纳米带加入到步骤(2)制得的HCl抑制溶液，继续搅拌至均匀；(4)将步骤(3)所得溶液转移至反应釜中，16(T200°C下反应6 12小时；(5)将反应后的沉淀用去离子水及酒精洗涤至滤液为中性，然后在80°C下干燥12小时，即获得TiO2纳米花带；(6)室温下配制银氨溶液在反应容器中滴入硝酸银溶液，硝酸银溶液的浓度控制在lwt9T2Wt%之间；再向反应容器中逐渐滴加浓度在lwt9T2wt%的氨水，使反应容器中的PH控制在8、之间，并不断震荡，直至所产生的沉淀恰好消失；(7)将制得的TiO2纳米花带加入步骤(6)制备的银氨溶液中，然后逐滴加入
0.ro. 3mol/L的葡萄糖溶液，反应8 10min ;将得到的混合物质用去离子水洗涤、抽滤，直至滤液为中性，然后再经抽真空干燥后，即获得Ag/Ti02纳米花带。下面结合具体的实施例对本发明做详细的说明实施例I :(I)制备TiO2纳米带a.将Ig P25 TiO2纳米颗粒加入到IOOmL浓度为10mol/L的NaOH水溶液中，磁力搅拌均匀，将所得混合溶液放入反应釜中，200°C下反应24小时，将所得沉淀用去离子水洗涤、抽滤，至滤液为中性；b.配制浓度为0. lmol/L的HCl溶液250mL，将步骤a所得沉淀物浸泡于所述的HCl溶液中；c.将步骤b所得固体产物用去离子水洗涤、抽滤，至滤液为中性；然后在60°C的条件下干燥2小时，最后在600°C的条件下煅烧2小时后，即获得TiO2纳米带；(2)按照去离子水体积分数为37%的盐酸的体积比为1:1的比例配制HCl抑制溶液17mL，然后向所述的HCl抑制溶液中加入质量分数为98%的钛酸丁酯溶液I. 5mL，搅拌至均匀；(3)在上述溶液中加入0. 02g步骤(I)制备的TiO2纳米带,继续搅拌IOmin左右至均匀；(4)将步骤(3)所得溶液转移至反应釜中，160°C下反应6小时；(5)将反应后的沉淀用去离子水及酒精洗涤至滤液为中性，然后在80°C下干燥12小时，即获得如附图I所示的TiO2纳米花带；(6)室温下配制0. 2mol/L的银氨溶液三份，分别称量0. Ig的P25 TiO2纳米颗粒， 步骤(I)制备的TiO2纳米带及TiO2纳米花带分别置于银氨溶液中；(7)将0. 3mol/L的葡萄糖溶液逐滴滴入步骤(6)制备的溶液中，银镜反应IOmin ；将得到的三份混合物质分别用去离子水洗涤、抽滤，直至滤液为中性，然后在80°C条件下干燥6小时后得到Ag/P25、Ag/ TiO2纳米带及Ag/ TiO2纳米花带；
(8)将步骤(7)中制得的Ag/P25、Ag/ 1102纳米带及Ag/ TiO2纳米花带分别进行光催化降解甲基橙的实验，具体方法如下室温下配置浓度为0. 02g/L的甲基橙溶液；取20!^制备的甲基橙溶液三份，分别将0. 02g制得的Ag/P25、Ag/ TiO2纳米带及Ag/Ti02纳米花带加入到所述的甲基橙溶液中，紫外灯光照60min，然后对获得的样品进行光吸收测试。结果如图2所示，结果表明Ml TiO2纳米花带呈现出最强的光催化活性，同时Ag/ TiO2纳米带的光催化性能也优于Ag/ P25。实施例2、3、4、5 :
将实施例I步骤(3)中加入的步骤(I)制得的TiO2纳米带改为0. 01g、0. 03g、0. 04g或0. 05g，其他条件同实施例1，都能得到如实施例I同样的技术效果。
权利要求
1.一种制备TiO2纳米花带的方法，其特征在于，具体的制备方法包括如下步骤 (1)制备TiO2纳米带 a.将P25TiO2纳米颗粒加入到NaOH水溶液中，磁力搅拌均匀，将所得混合溶液放入反应釜中，18(T20(TC下反应12 24小时，将所得沉淀用去离子水洗涤、抽滤，至滤液为中性，得到钛酸钠纳米带； b.配制HCl溶液，将步骤a制得的钛酸钠纳米带浸泡于所述的HCl溶液中； c.将步骤b所得固体产物用去离子水洗涤、抽滤，至滤液为中性，再经干燥、煅烧后，获得TiO2纳米带； (2)按照去离子水体积分数为37%的盐酸的体积比为I:I的比例配制HCl抑制溶液；再按照每17mL所述的HCl抑制溶液中加入质量分数为98%的钛酸丁酯溶液IlmL的比例，将钛酸丁酯溶液加入到所述的HCl抑制溶液中，搅拌至均匀； (3)在步骤(2)所得溶液中加入适量的步骤(I)制得的TiO2纳米带，继续搅拌至均匀； (4)将步骤(3)所得溶液转移至反应釜中，16(T200°C下反应6 12小时； (5)将反应后的沉淀用去离子水及无水乙醇洗涤至滤液为中性，然后进行干燥处理，即获得TiO2纳米花带。
2.根据权利要求I所述的制备TiO2纳米花带的方法，其特征在于，所述步骤(I)中使用的NaOH溶液的浓度为lOmol/L，HCl溶液的浓度为0. I mol/L。
3.根据权利要求I所述的制备TiO2纳米花带的方法，其特征在于，所述步骤(I)中的干燥温度为5(T70°C，干燥时间为1 3小时；煅烧温度为55(T650°C，煅烧时间为1 3小时。
4.根据权利要求I所述的制备TiO2纳米花带的方法，其特征在于，所述步骤(3)中加入的TiO2纳米带的重量为:每使用步骤(2)中17mL HCl抑制溶液，加入0. 01 0. 05g步骤(I)制得的TiO2纳米带。
5.根据权利要求I所述的制备TiO2纳米花带的方法，其特征在于，所述步骤(5)中的干燥处理为干燥温度为80°C，干燥时间为12小时。
6.根据权利要求I所述的制备TiO2纳米花带的方法,其特征在于,所述的TiO2纳米花带经过镀银处理，所述的镀银处理包括如下步骤 (1)在反应容器中滴入硝酸银溶液，硝酸银溶液的浓度控制在lwt9T2wt%之间； (2)再向反应容器中逐渐滴加浓度在lwt9T2wt%的氨水，使反应容器中的pH控制在8 9之间，并不断震荡，直至所产生的沉淀恰好消失； (3)将制得的TiO2纳米花带加入步骤(2)制备的银氨溶液中，然后逐滴加入.0. ro. 3mol/L的葡萄糖溶液，反应8 10min ;将得到的混合物质用去离子水洗涤、抽滤，直至滤液为中性，然后再经抽真空干燥后，即获得Ag/Ti02纳米花带。
全文摘要
本发明公开了一种制备TiO2纳米花带的方法，属于纳米材料技术领域。本发明采用商业用的P25型TiO2纳米颗粒，利用水热法合成TiO2纳米带并以之为前驱体，在HCl水溶液中加入钛酸丁酯溶液，并搅拌均匀，再将一定量的TiO2纳米带加入混合溶液中，搅拌均匀；然后将混合溶液转移至反应釜中，160~200℃下反应6~12小时，然后洗涤、干燥处理后得到TiO2纳米花带；再利用银镜反应法对P25、TiO2纳米带和TiO2纳米花带进行掺银处理，得到Ag/P25、Ag/ TiO2纳米带及Ag/ TiO2纳米花带，光催化降解甲基橙的实验表明，Ag/ TiO2纳米花带呈现出最强的光催化活性。
文档编号C01G23/047GK102701275SQ201210180449
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者丁瑞强, 姜冰, 姜永健, 宋丹丹, 李美成 申请人:华北电力大学