[发明专利]一种具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒及其制备方法和应用，涉及纳米功能材料技术领域。本发明提供的(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒及其制备方法，包括以下步骤：采用醋酸将水溶性氟盐的乙二醇水溶液的pH值调节至3.0～5.4，得到酸性电解液；以钛片为阳极，以铂片为阴极，以所述酸性电解液为电解液，通入直流电进行阳极氧化反应，得到二氧化钛纳米管阵列；将所述二氧化钛纳米管阵列进行退火热处理，得到具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒。本发明制备的具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒与Ti片结合牢固，粒径小，反应活性高，能够作为正极材料和光催化材料使用；而且制备方法操作简单，安全环保。

技术领域

本发明涉及纳米功能材料技术领域，具体涉及一种具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化钛凭借其优良的光催化性、化学稳定性和光稳定性，在化妆品、催化剂、涂料、药剂、防晒霜和太阳能电池等方面得到了广泛应用。近年来，一维二氧化钛纳米材料(如纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带、纳米纤维等) 因具有优异的性能和潜在应用而引起了人们的广泛关注。TiO₂之所以被广泛研究和应用，除了粒径大小和晶体结构的影响，其表面的原子结构和性质也被引起了广泛关注。不同的晶面原子排布不同，TiO₂所具有的物理和化学性质也不相同。因此，深入研究TiO₂的特殊晶面是开发其特殊性能的关键。

目前，最为常用的制备暴露有明确晶面的单晶TiO₂方法包括：水热法、溶剂热法和非水解法，上述制备可以通过控制各晶面沿着不同方向生长的速度来调控晶体形成的形状，其中，水热法为最早的制备方法，应用广泛。例如，H.G.Yang等(Yang,H.G.,et al.,Anatase TiO₂ single crystals with a large percentage of reactivefacets.Nature,2008.453(7195):638-641)采用水热合成法第一次制备出了暴露有(001)晶面的单晶TiO₂，其中暴露出(001)晶面的面积占据整个单晶面积的47％，然而其合成方法复杂且形成的单晶颗粒多为微米级。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法得到的具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒为纳米级，粒径小，反应活性高，且制备方法操作简单。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

采用醋酸将水溶性氟盐的乙二醇水溶液的pH值调节至3.0～5.4，得到酸性电解液；

以钛片为阳极，以铂片为阴极，以所述酸性电解液为电解液，通入直流电进行阳极氧化反应，得到二氧化钛纳米管阵列；

将所述二氧化钛纳米管阵列进行退火热处理，得到具有(001)面暴露的单晶二氧化钛纳米颗粒。

优选的，所述水溶性氟盐的乙二醇水溶液的浓度为0.1～0.5wt％；

所述水溶性氟盐的乙二醇水溶液中水和乙二醇的体积比为1:(20～100)。

优选的，所述直流电的电压20～100V。

优选的，所述阳极氧化反应的时间为0.1～6h。

优选的，所述退火热处理的温度为300～850℃，时间为0.5～5h。

优选的，所述钛片在使用前进行预处理，所述预处理包括依次进行的超声清洗和干燥。

优选的，所述超声清洗的超声功率为10～100W，时间为30～90min。