[发明专利]暴露晶面可控的金红石型TiO2纳米棒自组装成微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种暴露晶面可控的金红石型TiO₂纳米棒自组装成微球的方法，属于无机半导体材料制备领域。

背景技术

TiO₂纳米棒是纳米TiO₂的一种新的存在形式，与其他形态的纳米TiO₂材料相比，因其具有较大的比表面积、光生电子-空穴易分离和重复利用率高等优点，而被广泛的研究。目前制备TiO₂纳米棒的方法主要有模板法、电化学阳极氧化法、水热法等。水热法具有成本较低、工艺简单、反应时间短、制备的晶体结晶好、纯度高、无需后续热处理等优点，因此采用水热法制备是一种很有应用前景的方法。同时，一些课题组利用有机、无机试剂以及化学侵蚀的方法制备了不同暴露晶面的TiO₂纳米棒，并研究其与光催化的关系。例如，Bae等利用制备的TiO₂纳米棒，在硫酸的作用下，通过化学侵蚀的方法使(111)面逐渐溶解，而(001)面逐渐暴露(E.Bae,N.Murakami,M.Nakamura,T.Ohno.Appl.Catal.,A:Gen,2010,380,48–54)，但是这种方法所用的硫酸具有腐蚀性，不符合当今提出的环保的要求。同时，Bae等也利用水热法在TiCl₃和NaCl体系中，通过调节聚乙烯吡咯烷酮的浓度，制备了新的暴露面(001)TiO₂纳米棒(E.Bae,T.Ohno.Appl.Catal.,B:Environ,2009,91,634–639)。但是，此方法调节聚乙烯吡咯烷酮的浓度时不够经济。

基于以上问题，一些科学工作者开始研究TiO₂纳米棒自组装成微球的制备。例如，张一兵等用水热法以TiCl₃饱和NaCl水溶液在玻璃基板上制备了TiO₂纳米棒自组装成微球(张一兵，封心建，江雷。中国科学B辑:化学,2007,37(2):124-126)，此制备过程比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服以上方法的缺点，提供一种暴露晶面可控的金红石型TiO₂纳米棒自组装成微球的方法，用钛酸四丁酯(TBT)为钛源，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂以及NaCl为形貌调节剂。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案实现：

暴露晶面可控的金红石型TiO₂纳米棒自组装成微球的方法，包括以下步骤：

(1)将TBT搅拌溶解在盐酸溶液中，配成浓度为0.038-0.12mol/L的含钛溶液；

(2)将CTAB和NaCl加蒸馏水溶解成胶束浓度为0.010-0.024mol/L的透明溶液；

(3)将步骤(2)得到的透明溶液逐滴加入到由步骤(1)所得的含钛溶液中，继续搅拌均匀形成混合溶液，混合溶液中NaCl的浓度为0-2.0mol/L(优选0，1.0，1.5或2.0mol/L)；

(4)将步骤(3)制备的混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将高压反应釜拧紧放入烘箱中，在150-180℃条件下保温12-24h进行水热处理，水热处理后将高压反应釜自然冷却到室温，得到沉淀物；

(5)将步骤(4)得到的沉淀物离心分离后，使用蒸馏水清洗、烘干得到暴露晶面可控的金红石型TiO₂纳米棒自组装成微球。

上述步骤(1)所述的盐酸溶液浓度为0.01-0.03mol/L。

上述步骤(3)所述的NaCl的最优浓度为1.5mol/L。

所述的水热处理条件优选为180℃保持24h。

由上述方法制备的微球。所述直径范围为3.5-2μm。

本发明所产生的有益效果：

本发明利用水热法以TBT作为前驱体，CTAB为模板剂以及NaCl为形貌调节剂，成功制备了暴露晶面可控的金红石型TiO₂纳米棒自组装成微球。随着NaCl浓度的增加，所制的材料晶型由未加入NaCl前的金红石和板钛矿型的混合相态转变为纯的金红石型，TiO₂纳米棒的端面由对称的三角面向方形的端面转变。同时，暴漏的(111)面逐渐减少，样品产生一个新的(001)暴露面，其逐渐变得暴露，制备的微球直径范围为3.5-2μm。