[发明专利]一种八面体形貌纳米二氧化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种八面体形貌纳米二氧化钛的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

纳米二氧化钛(TiO₂)具有高催化活性、化学稳定性、无毒及价廉易得等特点，在光催化、光电化学、太阳能电池、气敏传感和医疗等领域得到了广泛的研究和应用。众所周知，材料的性质与其颗粒尺寸、形貌和排列方式密切相关(Wu，N.；Wang，J.；Nyago Tafen，D.；Wang，H.；Zheng，J.；Lewis，J.P.；Liu，X.；Leonard，S.S.；Manivannan，A.J.Am.Chem.Soc.2010，132，6679-6685.)。

纳米二氧化钛的制备方法主要包括固相法、气相法和液相法(如公开号为CN 01318698A，CN 101723445A，CN 1511788A的中国专利文件)；其中，液相法是实现二氧化钛纳米粒子尺寸和形貌可控合成的常用方法。液相法主要包括胶溶法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法和溶剂热法等(如公开号为CN 101318698A的中国专利文件)。T.Sugimoto等人采用溶胶-凝胶法，以钛酸异丙酯为钛源，以胺类化合物(乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯二胺、三乙烯四胺、三乙醇胺、二乙胺、三乙胺、三甲胺)、油酸钠和硬脂酸钠为配位剂(或形貌控制剂)，制备了椭球形、立方形和一维结构的纳米二氧化钛，并研究了配位剂种类、原料配比和溶液的pH对二氧化钛纳米粒子形貌的影响(Sugimoto，T.；Zhou，X.；Muramatsu，A.J.Colloid Interface Sci.2003，259，53-61)。近来，E.Hosono等人以三氯化钛的盐酸溶液为原料，通过加入十二烷基硫酸钠(SDS)，于200℃在玻片上生长了锐钛矿型八面体二氧化钛聚集体(Hosono，E.；Fujihara，S.；Imai，H.；Honma，I.；Masaki，I.；Zhou，H.ACS Nano 2007，1，273-278)。该法所制备的二氧化钛八面体颗粒是在玻片上生长的，产率低、不适合规模化工业生产，且颗粒尺寸较大(很多颗粒处于微米级)、尺寸分布宽、分散性差。最近，F.Amano等人采用分步、液相法制备了八面体形貌的锐钛矿型纳米二氧化钛(Amano，F.；Yasumoto，T.；Prieto-Mahaney，O.；Uchida，S.；Shibayama，T.；Ohtani，B.Chem.Commun.2009，2311-2313)。他们以商品二氧化钛P25为原料，采用碱热法制备了二氧化钛纳米线，然后以二氧化钛纳米线为原料，采用水热法，于170℃制备了纳米二氧化钛八面体；研究者发现，该种八面体形貌的纳米二氧化钛具有较高的光催化效率。但是，分步法制备过程繁琐、成本较高，同样不适合规模化工业生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种产率高、成本低、适合于规模化工业生产的锐钛矿型纳米TiO₂八面体的制备方法。

术语解释：

反应釜填充率：反应釜内所填充的物料占反应釜容积的体积百分数。

一种八面体形貌纳米二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.将无机钛源溶解在蒸馏水中，在200～400r/min的搅拌条件下滴加A的水溶液，所述的A为水合肼、乙二胺之一或组合，然后持续搅拌0.5～2h，得均一乳液；

b.将步骤a制得的均一乳液转移至密闭的反应釜中，反应釜填充率为70～80％，加温至70～130℃，保温反应0～24h；然后升温至180～220℃，保温反应6～48h，得产物；

c.将步骤b制得的产物进行固液分离，固体用蒸馏水洗涤后，经干燥，得八面体形貌的纳米二氧化钛粉体。

所述步骤a中的无机钛源选自硫酸钛、硫酸氧钛或四氟化钛之一或组合。

所述步骤a中A的水溶液浓度为30～90wt％。

所述步骤a中无机钛源与A的摩尔比为1∶16～320；

所述步骤b中密闭的反应釜为密闭不锈钢反应釜或带聚四氟内衬的密闭反应釜。

所述步骤c中的洗涤次数为2～3次。

本发明中所述硫酸钛、硫酸氧钛和四氟化钛的纯度为化学纯或分析纯。

本发明具有以下优点：

(1)本发明采用纳米材料合成技术中常用的溶剂热法，将硫酸钛、硫酸氧钛和/或四氟化钛水溶液与水合肼和/或乙二胺水溶液混合，形成均一乳液，通过采用分阶段升温工艺，获得八面体形貌的纳米二氧化钛粉体，该方法简单易操作，条件易于实现。