[发明专利]一种由TiO2纳米棒构筑而成的空心纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电半导体材料领域，涉及一种TiO₂空心纳米材料的制备方法，具体涉及一种利用水热模板法制备纳米核-壳复合结构并将核刻蚀掉得到由TiO₂纳米棒构筑而成的空心纳米结构的方法。

背景技术

能源与环境是21世纪科学研究的两大主题。解决当前日益严重的能源短缺和环境问题是提高人民生活质量、实现人类社会可持续发展的迫切需要。TiO₂作为一种重要的宽禁带半导体材料，有着优异的光学、电学及化学稳定性的性质，且对人体无毒，并具有良好的光催化和光电转换性能而被广泛的应用到传感器、光催化剂、电子材料、涂料、太阳能电池等领域，且有望利用太阳能在有机合成、光解水和环境治理方面显示出广阔的应用前景。然而，材料的性能受粒径大小、比表面积、形貌、多孔性、晶相及结晶度等多种因素影响。因此，人们希望能够通过探索新的合成方法并且控制合成过程来达到形貌可控、粒径可调、性能优异的TiO₂纳米材料。

目前，越来越多的研究集中到具有特殊形貌和性质的TiO₂纳米结构上，如纳米球、纳米棒、纳米管等。尽管制备TiO₂纳米材料的方法有很多，但模板法仍然被认为是合成纳米材料的一种非常重要的技术，利用其结构导向作用可对合成材料的尺寸、形貌、结构等进行有效地控制。纳米空心结构具有大比表面积，低的相对密度、介孔性等优点，因此在诸如光电设备、电能存储、药物输运等大量应用需求的推动下，人们在具有特定的成分和结构的纳米空心结构制备上投入了大量的精力。

发明内容

本发明的目的是提供一种由TiO₂纳米棒构筑而成空心纳米结构的制备方法，采用模板法生长所需材料的壳层的方法来制备TiO₂纳米空心结构，使用预生长模板可以操纵纳米材料的形态和内表结构，有利于更好的控制纳米空心结构的性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种由TiO₂纳米棒构筑而成的空心纳米结构材料的制备方法，以TiF₄作钛源，乙二醇、冰乙酸混合溶液作为溶剂，椭球型Fe₂O₃纳米粒子作为模板，利用水热法制备由TiO₂纳米棒构筑而成的空心纳米结构材料，具体制备工艺为：

（1）Fe₂O₃模板的制备：

将一定量的FeCl₃用去离子水溶解，再加入一定量NaH₂PO₄水溶液，移入反应釜中，在100~110℃加热48h，制得椭球型Fe₂O₃纳米粒子模板。为确保Fe₂O₃模板尺寸均一且呈椭球状，FeCl₃与NaH₂PO₄的浓度比应保持在100：1.5~2。

（2）Fe₂O₃/TiO₂纳米核-壳结构制备：

将一定量的TiF₄粉末溶于40 mL乙二醇中，控制TiF₄在乙二醇溶液中浓度为5~40mM，再依次加入2~8mL冰乙酸和0.02gFe₂O₃模板，搅拌均匀后移入反应釜中，然后放入加热箱中加热反应，最后离心清洗并收集产物，得到Fe₂O₃/TiO₂纳米核-壳结构。

（3）TiO₂空心纳米结构制备：

将制得的Fe₂O₃/TiO₂纳米复合结构在60~70℃下以盐酸水溶液刻蚀得到TiO₂空心纳米结构。

本发明中，加热温度为180~220℃，反应时间为8~15h。

本发明中，Fe₂O₃/TiO₂纳米核-壳结构长约450~500nm、直径约180~220nm。