一种具有多面体结构TiO2纳米材料的制备方法

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有多面体tio2纳米材料的制备方法。

背景技术：

tio2微纳米材料因其较大的比表面积、优异的电荷传输性能，在光催化、光解水制氢、染料敏化太阳能电池(dssc)及锂电池等领域被广泛应用。tio2的纳米结构，包括纳米颗粒、纳米带、纳米管、纳米柱及纳米花状结构等，因其不同的性能优势吸引了众多的研究。tio2纳米材料的制备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，可在较低温度下形成不同的纳米结构。本发明制备的tio2新型结构，通过一步水热合成法，不需要二次加工，节约了大量的实验成本且纳米结构具有优异的稳定性。

技术实现要素：

本发明通过在冰醋酸反应体系中加入乙二醇溶液，利用钛酸丁酯水解后的产物tio2在混合溶液中的缓慢有序生长，获得一种新的tio2纳米结构。此种tio2结构由两个三棱锥组合而成多面体结构，具有光滑的表面、较小的尺寸、直线电子传输通道及三维结构，且尺寸、形貌均一。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种多面体结构tio2纳米材料，所述tio2纳米结构由两个三菱锥组合而成具有尖锐棱角的多面体结构，所述多面体结构边长为50～70nm，中心竖轴长为80～100nm，中心横轴长为40～60nm。

本发明另一方面提供一种具有多面体结构tio2纳米材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

a.以冰醋酸作为反应溶剂，加入乙二醇溶液中，得到混合溶液；

b.取质量分数为98％的钛酸四正丁酯溶液，加入步骤a得到的混合溶液中，混匀；

c.将步骤b得到的混合溶液于160～220℃温度下反应18～36h；

d.将步骤c得到的溶液进行离心分离，干燥，随后煅烧，冷却，得到多面体结构tio2纳米材料。

上述技术方案中，进一步地，所述步骤a中，乙二醇与冰醋酸的体积比为1：(12～20)。

上述技术方案中，进一步地，所述步骤b中，钛酸四正丁酯与冰醋酸的体积比为1：(30～80)。

上述技术方案中，进一步地，所述步骤d中，煅烧温度为450℃，煅烧时间为30min。

本发明再一方面提供一种多面体结构tio2纳米材料在光催化上或光电池上的应用。

本发明的有益效果为：

本发明多面体tio2纳米材料，表面光滑、尺寸较小、结构形貌均一，制备方法成本低、可操作性强、低温容易控制。

这种均匀生长的纳米结构在应用中同时具备以下几种优势：光滑的结构表面将降低材料本身的缺陷；直线结构将有助于增加电子的传输性能；三维的多面结构将提高光的散射，促进光的捕获。

附图说明

图1为本发明tio2纳米材料的扫描电镜图；

图2为本发明tio2纳米材料和商业用p25在紫外光照60min后降解甲基橙的吸收光谱。

具体实施方式

本发明提出一种具有多面体tio2纳米材料的制备方法。下面结合附图和实施例对本发明予以进一步说明。

实施例1

步骤1.以冰醋酸作为反应溶剂，并按照乙二醇与冰醋酸体积比为1:15的比例缓慢加入乙二醇溶液，得到混合溶液；

步骤2.取质量分数为98％的钛酸四正丁酯溶液，并按照钛酸四正丁酯与冰醋酸体积比为1：45的比例加入步骤1得到的混合溶液中，继续磁力搅拌至混合均匀；

步骤3.将步骤2得到的混合溶液倒入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，拧紧后在干燥箱中180℃下反应28h；

步骤4.反应完成后，自然冷却，将步骤3中反应后的溶液进行离心分离，在干燥箱中进行干燥，随后放入坩埚中，并在450℃马弗炉中进行煅烧30min，自然冷却后放入样品盒中已备使用。

实施例2

步骤1.以冰醋酸作为反应溶剂，并按照乙二醇与冰醋酸体积比为1：18的比例缓慢加入乙二醇溶液，得到混合溶液；

步骤2.取质量分数为98％的钛酸四正丁酯溶液，并按照钛酸四正丁酯与冰醋酸体积比为1：70的比例加入步骤1得到的混合溶液中，继续磁力搅拌至混合均匀；

步骤3.将步骤2得到的混合溶液倒入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，拧紧后在干燥箱中210℃下反应22h；

步骤4.反应完成后，自然冷却，将步骤3中反应后的溶液进行离心分离，在干燥箱中进行干燥，随后放入坩埚中，并在450℃马弗炉中进行煅烧30min，自然冷却后放入样品盒中已备使用。

应用例1

(1)称取0.02g实施例1所制得的tio2纳米材料，超声分散于盛有20ml浓度为1mg/l的甲基橙溶液的烧杯中；

(2)常温下进行紫外光照反应，同时磁力搅拌1h提取溶液样品；

(3)取得的样品进行离心，萃取上层清液测量催化反应后的溶液在波长为465nm处的吸光度。

对比例1

外购市售p25催化剂粉末，记为对比样品1，外购市售p25催化剂粉末为麦克林公司提供，产品型号为13463-67-7。

(1)称取0.02gp25粉末，超声分散于盛有20ml浓度为1mg/l的甲基橙溶液的烧杯中；

(2)常温下进行紫外光照反应，同时磁力搅拌1h提取溶液样品；

(3)取得的样品进行离心，萃取上层清液测量催化反应后的溶液在波长为465nm处的吸光度。

通过紫外光照1h后，对比样品1与实施例1的两份样品溶液吸光度的曲线如图2所示，从图2中可以看出，添加多面体结构tio2的甲基橙溶液的吸光度相比于添加商业用p25的甲基橙溶液有了明显的降低，同时呈现出明显的蓝移现象。结果表明，本发明所制备的多面体结构tio2纳米材料的催化性能更加优异。

技术特征：

1.一种多面体结构tio2纳米材料，其特征在于，所述tio2纳米结构由两个三菱锥组合而成具有尖锐棱角的多面体结构，所述多面体结构边长为50～70nm，中心竖轴长为80～100nm，中心横轴长为40～60nm。

2.一种权利要求1所述具有多面体结构tio2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

a.以冰醋酸作为反应溶剂，加入乙二醇溶液中，得到混合溶液；

b.取质量分数为98％的钛酸四正丁酯溶液，加入步骤a得到的混合溶液中，混匀；

c.将步骤b得到的混合溶液于160～220℃温度下反应18～36h；

d.将步骤c得到的溶液进行离心分离，干燥，随后煅烧，冷却，得到多面体结构tio2纳米材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，乙二醇与冰醋酸的体积比为1：(12～20)。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，钛酸四正丁酯与冰醋酸的体积比为1：(30～80)。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d中，煅烧温度为450℃，煅烧时间为30min。

6.一种权利要求1所述多面体结构tio2纳米材料在光催化上或光电池上的应用。

技术总结
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有多面体TiO2纳米材料的制备方法。TiO2纳米结构由两个三菱锥组合而成具有尖锐棱角的多面体结构，多面体结构边长为50～70nm，中心竖轴长为80～100nm，中心横轴长为40～60nm。制备方法为在冰醋酸为溶剂的反应体系中加入钛酸四正丁酯和乙二醇进行水热反应，反应产物经离心分离，干燥并在煅烧，得到多面体TiO2纳米材料。该纳米结构多面体TiO2纳米材料，表面光滑、尺寸较小、结构形貌均一，光滑的表面将降低材料本身的缺陷；直线结构将有助于增加电子的传输性能；三维的多面结构将提高光的散射，促进光的捕获。

技术研发人员：姜永健;赵凤阳;王金刚;陈亮;赵波
受保护的技术使用者：辽宁石油化工大学
技术研发日：2021.06.11
技术公布日：2021.08.06