專利名稱：一種二氧化鈦納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ニ氧化鈦納米線的制備方法。
背景技術(shù)：
ニ氧化鈦在太陽(yáng)能電池、光催化、光解水、傳感器、涂料、功能陶瓷、高檔油漆等方面有廣闊的應(yīng)用。因?yàn)楣馍d流子能在一維納米線結(jié)構(gòu)的ニ氧化鈦軸向進(jìn)行長(zhǎng)距離的遷移，而且更容易從內(nèi)部遷移到表面，減少了空穴和電子復(fù)合的幾率，可以提高其應(yīng)用于光催化、光解水和太陽(yáng)能電池時(shí)的效率。一維結(jié)構(gòu)ニ氧化鈦納米線以其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)以及在納米電子和光電子納米器件方面的巨大潛在應(yīng)用前景，ニ氧化鈦納米線直徑很細(xì)，量子化效應(yīng)出現(xiàn)，使ニ氧化鈦的能帶寬度加大，具有更強(qiáng)的氧化還原能力，具有大的比表面積，較強(qiáng)的吸附能力，這些都有助于ニ氧化鈦光電性能提高。 目前為止已經(jīng)報(bào)道了多種制備一維ニ氧化鈦納米結(jié)構(gòu)的方法，包括模板法、表面活性劑輔助自組裝發(fā)、靜電紡絲發(fā)、化學(xué)氣相沉積法、鈦板陽(yáng)極氧化法、直接氧化金屬鈦基體法和堿性條件下水熱法。ニ氧化鈦ー維納米線的制備主要采用模板法，(尤以陽(yáng)極氧化鋁模板法為主)。該方法可得到結(jié)構(gòu)規(guī)則的納米線，尺度均勻，線寬可以從幾十到幾百個(gè)納米進(jìn)行調(diào)控，但是最大的缺點(diǎn)是產(chǎn)率非常低。熱堿溶液水熱反應(yīng)制備ニ氧化鈦納米線也是ー種重要的方法，如有報(bào)道將鈦氧粉體加入氫氧化鈉水溶液中，通過(guò)水熱反應(yīng)獲得鈦酸鈉納米線；然后酸進(jìn)行離子交換，獲得鈦酸納米線；最后水熱反應(yīng)將鈦酸納米線轉(zhuǎn)化為ニ氧化鈦納米線。另外利用鈦箔作為鈦源和基片，利用熱堿溶液處理生產(chǎn)鈦酸納米線，然后經(jīng)過(guò)離子交換和焙燒出來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)楗搜趸伡{米線，參照，B Liu等，Oriented singlecrystalline titanium dioxide nanowires,Nanotechnology 19 (2008) 505604,具體方式為采用鈦箔，在IM的NaOH溶液中220°C下水熱反應(yīng)，得到鈦酸納米線陣列，然后經(jīng)過(guò)離子交換和焙燒出來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)楗搜趸伡{米線陣列。直徑為105± IOnm長(zhǎng)度為12. 16±0. 56 μ m0還有報(bào)道了采用鈦箔在180°C下的10M NaOH溶液中，水熱反應(yīng)得到鈦酸納米線陣列，然后經(jīng)過(guò)離子交換和焙燒出來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)楗搜趸伡{米線陣列，直徑為70 90nm。參照，WenliWang 等，F(xiàn)ormation of Titania Nanoarrays by Hydrothermal Reaction and TheirApplication in Photovoltaic Cells, J. Am. Ceram. Soc.，91 [2]628 - 631 (2008)。欽箔制備ニ氧化鈦納米線不需模板和催化劑，簡(jiǎn)便易行，成本低、但是制備的ニ氧化鈦直徑比較大，一般大于70nm,以IOOnm米為主。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種ニ氧化鈦納米線的制備方法，首先在添加有NaCl的堿溶液中處理鈦箔得到鈦酸鈉納米線，然后經(jīng)過(guò)離子交換和焙燒轉(zhuǎn)變?yōu)楗搜趸伡{米線。制備的ニ氧化鈦納米線直徑細(xì)至3 15nm，長(zhǎng)度為I 15 μ m，純凈、尺寸排列規(guī)整，結(jié)晶性好，比表面積大。通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)NaCl的濃度可以調(diào)節(jié)ニ氧化鈦納米線的直徑。所制備的ニ氧化鈦納米線可以用于太陽(yáng)能電池、光催化、光解水、傳感器等方面。這種ー維ニ氧化鈦納米線結(jié)構(gòu)，因?yàn)楣馍d流子能在一維納米結(jié)構(gòu)的軸向進(jìn)行長(zhǎng)距離的遷移，而且更容易從內(nèi)部遷移到表面，減少了空穴和電子復(fù)合的幾率，可以提高其應(yīng)用于光催化、光解水和太陽(yáng)能電池時(shí)的效率。本發(fā)明技術(shù)方案如下ー種ニ氧化鈦納米線的制備方法，如圖I所示，包括以下步驟步驟I :配制反應(yīng)溶液。在去離子水中加入NaOH和作為添加劑的水溶性氯酸鹽，攪拌直至完全溶解，得到反映溶液。其中NaOH的濃度為IM 10M，水溶性氯酸鹽的濃度為O. I 1M。步驟2 :水熱反應(yīng)生成鈦酸鈉納米線。 將步驟I所配制的反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟こ烯內(nèi)襯的水熱釜中，加入清潔的鈦箔，然后密閉，在160 250°C下水熱反應(yīng)6 48小時(shí)；然后將水熱反應(yīng)在鈦箔表面生成的鈦酸鈉刮下，連同分散于溶液中的鈦酸鈉一塊過(guò)濾，去離子水洗滌，105 130°C下烘干，得到鈦酸鈉納米線。步驟3 :將步驟2所得鈦酸鈉納米線經(jīng)過(guò)酸置換處理得到偏鈦酸納米線。將步驟2所得鈦酸鈉納米線浸入O. I 2M的HCl溶液中O. 5 10小吋，然后過(guò)濾，去離子水洗滌，105 130°C下烘干，得到偏鈦酸超細(xì)納米線。步驟4 :焙燒偏鈦酸納米線得到ニ氧化鈦納米線。將步驟3所得偏鈦酸納米線在300 1000°C下焙燒O. 5 5小時(shí)，即得ニ氧化鈦納米線。上述技術(shù)方案中，步驟I中所述水溶性氯酸鹽可采用NaCl、SnCl2或KCl等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明以鈦箔為鈦源，首先將鈦箔置于添加有水溶性氯酸鹽的NaOH溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)生成鈦酸鈉納米線，然后經(jīng)過(guò)酸置換處理得到偏鈦酸納米線，最后將偏鈦酸納米線進(jìn)行焙燒得到ニ氧化鈦納米線。本發(fā)明所制備的ニ氧化鈦納米線，直徑細(xì)至3 15nm，長(zhǎng)度為I 15 μ m，純凈、尺寸排列規(guī)整，結(jié)晶性好，比表面積大。通過(guò)調(diào)節(jié)水溶性氯酸鹽濃度可調(diào)節(jié)ニ氧化鈦納米線的直徑。所制備的ニ氧化鈦納米線可以用于在太陽(yáng)能電池、光催化、光解水、傳感器、納米電子和光電子納米器件等方面。


圖I為本發(fā)明流程示意圖。圖2為本發(fā)明制備的ニ氧化鈦納米線的掃描電鏡照片(一些納米線以束狀存在)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I在500ml去離子水中加入60g NaOH和6. 5g NaCl，攪拌直至完全溶解。然后將上述溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟こ烯內(nèi)襯的水熱釜中，加入清潔的鈦箔，密閉，在200°C下水熱反應(yīng)48小時(shí)。水熱反應(yīng)在鈦箔表面生成ー層白色的鈦酸鈉，一部分分散到溶液中。將鈦箔上的鈦酸鈉白色物質(zhì)刮下來(lái)，和溶液中的鈦酸鈉一塊過(guò)濾，去離子水洗滌，110°C下烘干，得到鈦酸鈉納米線。將鈦酸納納米線浸入O. 5M的HCl溶液中10小時(shí)，然后過(guò)濾，去離子水洗滌，105 130°C下烘干，得到偏鈦酸納米線。將偏鈦酸納米線在400°C下焙燒I小吋，即得ニ氧化鈦納米線。電子顯微鏡觀察其直徑細(xì)，平均為6nm，評(píng)價(jià)長(zhǎng)度為ΙΟμπι，純凈，結(jié)晶性好，XRD測(cè)量結(jié)果表明氧化鉻具有銳鈦晶型。實(shí)施例2在IOOOml去離子水中加入120g NaOH和3. Og NaCl，攪拌直至完全溶解。然后將上述溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟こ烯內(nèi)襯的水熱釜中，加入清洗干凈的鈦箔，密閉，在180°C下水熱反應(yīng)48小吋。水熱反應(yīng)在鈦箔表面生成ー層白色的鈦酸鈉，一部分分散到溶液中。將鈦箔 上的鈦酸鈉白色物質(zhì)刮下來(lái)，和溶液中的鈦酸鈉一塊過(guò)濾，去離子水洗滌，110°C下烘干，得到鈦酸鈉納米線。將鈦酸納納米線浸入O. 5M的HCl溶液中10小時(shí)，然后過(guò)濾，去離子水洗漆，105 130°C下烘干，得到偏鈦酸納米線。將偏鈦酸納米線在400°C下焙燒I小吋，即得ニ氧化鈦納米線。電子顯微鏡觀察其直徑細(xì)，平均為15nm，評(píng)價(jià)長(zhǎng)度為3μπι，純凈，結(jié)晶性好，XRD測(cè)量結(jié)果表明氧化鉻具有銳鈦晶型。
權(quán)利要求
1.ー種ニ氧化鈦納米線的制備方法，包括以下步驟步驟I :配制反應(yīng)溶液；在去離子水中加入NaOH和作為添加劑的水溶性氯酸鹽，攪拌直至完全溶解，得到反映溶液；其中NaOH的濃度為IM 10M，水溶性氯酸鹽的濃度為O. I IM ;步驟2 :水熱反應(yīng)生成鈦酸鈉納米線；將步驟I所配制的反應(yīng)溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟こ烯內(nèi)襯的水熱釜中，加入清潔的鈦箔，然后密閉，在160 250°C下水熱反應(yīng)6 48小時(shí)；然后將水熱反應(yīng)在鈦箔表面生成的鈦酸鈉刮下，連同分散于溶液中的鈦酸鈉一塊過(guò)濾，去離子水洗滌，105 130°C下烘干，得到鈦酸鈉納米線；步驟3 :將步驟2所得鈦酸鈉納米線經(jīng)過(guò)酸置換處理得到偏鈦酸納米線；將步驟2所得鈦酸鈉納米線浸入O. I 2M的HCl溶液中O. 5 10小時(shí)，然后過(guò)濾，去離子水洗滌，105 130°C下烘干，得到偏鈦酸超細(xì)納米線；步驟4 :焙燒偏鈦酸納米線得到ニ氧化鈦納米線；將步驟3所得偏鈦酸納米線在300 1000°C下焙燒O. 5 5小時(shí)，即得ニ氧化鈦納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ニ氧化鈦納米線的制備方法，其特征在干，步驟I中所述水溶性氯酸鹽為NaCl、SnCl2或KCl。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ニ氧化鈦納米線的制備方法，其特征在于，通過(guò)調(diào)節(jié)步驟I中水溶性氯酸鹽濃度可調(diào)節(jié)ニ氧化鈦納米線的直徑。
全文摘要
一種二氧化鈦納米線的制備方法，屬于無(wú)機(jī)材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以鈦箔為鈦源，首先將鈦箔置于添加有水溶性氯酸鹽的NaOH溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)生成鈦酸鈉納米線，然后經(jīng)過(guò)酸置換處理得到偏鈦酸納米線，最后將偏鈦酸納米線進(jìn)行焙燒得到二氧化鈦納米線。本發(fā)明所制備的二氧化鈦納米線，直徑細(xì)至3～15nm，長(zhǎng)度為1～15μm，純凈、尺寸排列規(guī)整，結(jié)晶性好，比表面積大。通過(guò)調(diào)節(jié)水溶性氯酸鹽濃度可調(diào)節(jié)二氧化鈦納米線的直徑。所制備的二氧化鈦納米線可以用于在太陽(yáng)能電池、光催化、光解水、傳感器、納米電子和光電子納米器件等方面。
文檔編號(hào)C01G23/08GK102826600SQ20121035145
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者李志杰, 祖小濤 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)