[发明专利]一种TiO2花状分级结构亚微米球的溶剂热合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米材料技术领域，尤其涉及一种TiO₂花状分级结构亚微米球的溶剂热合成方法。

背景技术

二氧化钛由于其无毒、含量丰富、稳定及光活性等优点被广泛应用于光催化、太阳电池、锂离子电池等领域。随着纳米材料科学的快速发展，已经可以在微纳米尺度范围内控制TiO₂材料的尺寸和形态。到目前为止，已成功制备了各种形态的TiO₂微纳米材料，包括零维材料，如量子点、纳米团簇等，一维材料，如纳米棒、纳米线、纳米管等，二维材料，如纳米片、纳米带等，三维材料，如微纳米球，微纳米分级结构等。与常规块体材料相比，微纳米材料由于粒子尺寸小,比表面积大以及微观形态的引入，表现出一些特殊的物理、化学和力学性能。因此，对纳米材料尺寸和形态的精确控制以及性能探索成为纳米材料科学研究的热点问题。

三维分级结构微纳米材料是一类由低维纳米材料，如纳米颗粒、纳米线、纳米带、纳米片等组成的具有分级结构的微纳米材料。由于其由低维材料组成，因此兼有低维和三维材料的优点，如介孔结构、高比表面积大、比重低、光散射效应等，在催化、生物医药、超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、气体传感器、污水处理、光电探测器等领域有重要的应用前景。目前分级结构微纳米材料的合成方法主要包括硬模板法、软模板法及基于奥斯特瓦尔德熟化的合成方法。模板法是制备微米级/纳米级无机空心微球最有效且最通用的方法，但有一些很难克服的固有缺陷。如硬模板法中，无论是用热还是化学途径除模板，过程都非常复杂且能耗高；软模板法中，分级结构微纳米材料的形态和单分散性很难控制。因此，发展简便有效的合成方法合成结构复杂、稳定和性能更优异的分级结构微纳米材料是该领域的研究重点。

水热/溶剂热技术具有反应条件温和、操作简便、产品结晶性好的优点，因此可以用来合成TiO₂分级结构微纳米材料。在微纳米材料合成过程中，有机胺类化合物上的胺基具有孤对电子，以能够与其他原子进行配合。因此，可以利用胺基化合物的配位效应来引导微纳米形貌结构的形成，从而得到具有特异形貌结构的微纳米材料。本发明采用异丙醇为溶剂，利用异丙醇的醇-醇醚化作用生成水促进钛源的水解，并结合乙二胺的配合作用，通过简便的一步溶剂热方法合成了形貌均匀的TiO₂分级结构亚微米球材料，在合成过程中无模板，无后处理，方法简便易行。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种操作简单，无模板，无后处理，可以在较低的温度条件下合成TiO₂分级结构微纳米材料的TiO₂花状分级结构亚微米球的溶剂热合成方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种TiO₂花状分级结构亚微米球的溶剂热合成方法，包括以下步骤：

（1）将乙二胺加入异丙醇中搅拌均匀形成混合溶剂；

（2）向混合溶剂中加入钛酸四正丁酯，充分搅拌后得到混合溶液；

（3）将混合溶液转移至反应釜中进行溶剂热合成反应，自然冷却后，经离心、洗涤、干燥得TiO₂花状分级结构亚微米球。

所述乙二胺与异丙醇的体积比为（0.1-1）：50。

所述钛酸四正丁酯与异丙醇的体积比为（2-4）：50。

所述溶剂热合成反应的条件是160-230℃、6-24h。

该方法得到的亚微米球的尺寸是800~1200 nm，组成该亚微米球的纳米片厚度在3~8 nm。

将该方法得到的TiO₂花状分级结构亚微米球用于光催化降解有机污染物，光解水。

本发明的优点是：

与现在合成技术相比，本发明首次采用异丙醇与乙二胺这两种常规溶剂混合作为混合溶剂，利用醇-醇之间的醚化反应水解钛源，并通过胺基的配合作用引导分级结构形成，溶剂热方法制备出了TiO₂分级结构亚微米球。在合成过程中无模板、无后处理步骤，本发明合成方法具有反应条件温和、工艺简单，溶剂组成简单、变量少、产物形貌均匀、可控性强且重现性好的优点。本发明合成的TiO₂分级结构亚微米球在太阳电池、锂离子电池、光催化等领域具有广泛的应用。

附图说明

图1为得到的TiO₂花状分级结构亚微米球的SEM照片。

具体实施方式

实施例1：

将0.1mL乙二胺加入到50mL异丙醇中形成混合溶剂，搅拌均匀后加入2mL钛酸四正丁酯得到混合溶液，充分搅拌后将混合溶液转移至反应釜中，于200℃下反应24小时。自然冷却后，经离心、洗涤、干燥得到TiO₂花状分级结构亚微米球。对得到的TiO₂花状分级结构亚微米球进行SEM测试，结果如图1所示，得到的TiO₂花状分级结构亚微米球的微球直径~1000nm。