[发明专利]一种由纳米线构成的三维花状TiO2微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维花状TiO₂材料及其制备方法和用途，特别涉及一种由纳米线构成的三维花状TiO₂材料及其制备方法和用途。

背景技术

氧化钛具有光催化活性高、环境友好、成本低廉等优点，是最受关注的高效光催化剂，自上世纪中叶即被广泛应用于环境污染控制、涂料、造纸、橡胶、合成纤维、陶瓷、电子、冶金等领域。

三维微纳米分级结构同时具有微米与纳米结构两方面的优势，抑制了各自结构上的不足，成为目前材料研究领域的热点。三维微纳米TiO₂材料具有高比表面积、良好的光吸收和折射率。高比表面积有助于光生载流子的生成、迁移和反应物在表面的吸附，同时利于光的吸收与折射，使三维TiO₂分级结构表现出更高的光催化活性。

目前制备氧化钛的方法主要有：磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法等。磁控溅射法、化学气相沉积法通常需要高真空及大型设备，投入大，生产成本高。溶胶-凝胶法采用四氯化钛或钛酸四丁酯水解来制备溶胶，由于水解较剧烈，反应过程难以控制。水热法设备简单，反应与外界隔绝，制备得到的氧化钛纯净、结晶较好、形貌可控，而成为广受关注的制备氧化钛的方法。

水热实验制备氧化钛，往往以四氯化钛或者钛酸四丁酯作为原料，上述物质化学性质活泼，水解剧烈，容易产生危险。也有研究者采用氧化钛粉末作为原料制备纳米氧化钛，但这样得到的氧化钛形貌比较简单，主要以一维纳米线和纳米管为主，难以得到三维复杂结构。

因此，需要一种价格低廉、操作简单安全的方法用以制备具有三维复杂结构的TiO₂材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有三维复杂结构的TiO₂材料，和以金属钛粉为原料，无有机物参与，避免使用表面活性剂和模板的制备方法及用途。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种具有三维结构的TiO₂材料，其包括由纳米线从中心呈辐射状生长构成的花状微球，所述花状微球的粒径为3~6μm，所述纳米线的直径为20~50nm，长度为1.5~3μm。

优选地，所述花状微球的粒径为3~4μm。

本发明还提供了上述TiO₂材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将金属Ti粉放入双氧水与硝酸的混合溶液中，在50~150℃的油浴下冷凝回流4h~10h，得到桔黄色溶液；

（2）将步骤（1）制得的桔黄色溶液与NaOH溶液在100~150℃下进行水热反应，反应时间为3h~5h；

（3）反应完毕后，将产物离心分离，洗涤至pH值为6.5~7.5，然后干燥即得。

根据本发明提供的制备方法，其中，步骤（1）中所述双氧水的浓度优选为4M~6M，硝酸的浓度优选为0.1M~0.2M。

优选地，步骤（1）中所述的金属Ti粉以0.1g/L~8g/L的重量体积分数混合进所述双氧水与硝酸的混合溶液中。更优选地，步骤（1）中所述的金属Ti粉以0.1g/L1g/L的重量体积分数混合进所述双氧水与硝酸的混合溶液中。

根据本发明所提供的制备方法，其中步骤（2）中所述NaOH溶液的浓度可以为8M~10M。步骤（2）中所述桔黄色溶液与NaOH溶液的体积比可以优选为1:3~1:1。优选地，步骤（2）中在进行所述水热反应前将桔黄色溶液与NaOH溶液混合搅拌。特别优选地，步骤（2）中在所述水热反应前将桔黄色溶液与NaOH溶液在聚四氟乙烯内胆中混合搅拌10~30min。

本发明还提供了所述具有三维结构的TiO₂材料或者按照本发明的制备方法制得的TiO₂材料在光催化方面的用途。

本发明采用水热法，以价格低廉的金属Ti粉为原料，制得了具有三维结构的TiO₂材料，该产物形貌新颖，目前尚无本发明所述形貌的报道。本制备方法过程简单、可控，反应条件温和，制得的TiO₂材料具有高的光催化活性。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为实施例1制得的TiO₂花状微球材料的SEM图。

图2为实施例1制得的TiO₂花状微球材料的高倍SEM图。

图3为实施例1制得的TiO₂花状微球材料的XRD图。