[发明专利]一种具有分级结构纳米TiO2的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种具有分级结构纳米TiO₂的制备方法。

背景技术

TiO₂是一种宽带隙半导体，禁带宽度为3.2 eV。纳米TiO₂有着许多优良的特性，在涂料、化妆品、卫生保健、废水处理、光、 电及催化环保等方面有着广泛的应用前景，因此对于纳米TiO₂的研究和应用极其活跃。近年来，合成具有分级结构的纳米TiO₂已成为人们的研究热点。所谓分级结构是由构建基本体在不同微观层次通过自组织的形式聚集而成的，这种方式的自组织可以有效的防止由于纳米材料表面较强的范德华力引起的材料团聚现象，最终能够有效的利于纳米材料本身的优异性能。

由于钛的醇酸盐对水的化学活性都很强，其水解和浓缩过程很难控制，而对其水解和浓缩过程的控制直接决定了产物形貌、尺寸以及结构的可控性，因此，合成形貌和尺寸可控的分级结构TiO₂仍然是一个大的挑战。文献已报道的TiO₂分级结构还较少，主要有：（1）使用两步水解转化法合成出的由小颗粒组装而成的大颗粒球，Xia 等人使用乙二醇与钛的醇盐发生络合反应后，再在含有少量水的丙酮体系中发生水解和浓缩反应，合成出来了尺寸分布在200-500 nm的前驱体钛的醇酸盐球，经热处理后得到TiO₂分级结构 （Jiang X, Herricks T, Xia Y, Monodispersed spherical colloids of titania: synthesis, characterization, and crystallization[J], Advanced Materials., 2003, 15(14): 1205-1209）。（2）使用溶剂热法合成出由片状组成的花状TiO₂分级结构，Zhuang等人使用乙醇和丙醇作为溶剂，TiCl₄作为钛源，经过溶剂热反应后将得到的粉体在不同高温下煅烧分别得到了锐钛和金红石型的片状组装而成的花状TiO₂分级结构（Zhu J, Wang S, Bian Z, et al, A facile synthesis of hierarchical flower-like TiO₂ with enhanced photocatalytic activity[J], Res Chem Intermed, 2009, 35: 769–777）。（3）使用醇解和水解相结合的方法合成出由纳米棒组成的纳米花状结构，Wang等人使用TiCl₄作为钛源，分别使用乙醇和去离子水对其醇解和水解，通过对TiCl₄、乙醇和去离子水比例的调控分别得到了不同尺寸的纳米棒组装而成的纳米花状结构（Wang Y, Zhang L, Deng K, et al, Low temperature synthesis and photocatalytic activity of rutile TiO₂ nanorod superstructures[J], Journal of Physical Chemistry C, 2007, 111: 2709-2714）。（4）使用水热法合成出由菱形纳米晶组成的空心球结构，Li等人使用水热法以草酸钛钾为钛源，在其水溶液中加入H₂O₂和HCl，经过水热反应得到由菱形纳米晶组成的直径为1μm的纳米空心球结构（Li X, Xiong Y, Li Z, Large-scale fabrication of TiO₂ hierarchical hollow spheres, Inorganic Chemistry, 2006,45(9): 3493-3495）。

综上所述，目前在Ti片基底上制备由纳米颗粒组装而成的片状分级结构TiO₂还未见报道，而这种分级结构不仅具有防止纳米颗粒团聚的优势；同时，由于其直接生长在Ti片基底上，又可以避免纳米粉体难于收集和组装成纳米器件的难题，将有利于其在实际中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种可制备出直接生长在Ti片基底上的具有分级结构纳米TiO₂的制备方法，合成出的TiO₂分级结构可避免纳米颗粒的二次团聚，具有较大的比表面积。