一种TiO2(B)纳米海绵的制备方法

摘要

本发明涉及一种TiO2(B)纳米海绵的制备方法，解决传统TiO2(B)制备方法中依赖高温煅烧、制备复杂及产物弱晶化的缺点的技术问题。该方法是：以水为溶剂，加乙醇酸后加入钛酸正丁酯，混合搅拌后置于高压反应釜中加热至反应温度为120-180℃反应6-18个小时，待反应冷却后将得到的白色沉淀物洗涤，离心，干燥，至于烘箱中干燥，即得到TiO2(B)纳米海绵。该方法避免了使用遇水强烈水解冒烟的TiCl4原料以及腐蚀性高浓度强碱，增加了操作安全性；并无需高温煅烧，操作简单，适宜规模生产。制得的TiO2(B)海绵体具有超高的比表面积和孔隙率，非常适宜在光催化、太阳能电池及锂离子电池等领域推广。

权利要求

1.一种TiO2(B)纳米海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

以10g水为溶剂，加乙醇酸待完全溶解后加入钛酸正丁酯，混合搅拌30s，置于高压反应釜中加热至反应温度为120-180℃反应6-18小时；所述钛酸正丁酯、乙醇酸、水的用量按重量比为钛酸正丁酯：乙醇酸：水＝10～30：10～45：1000，待反应冷却后将得到的白色沉淀物洗涤，离心，干燥，至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应温度为140-160℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应时间为8-12个小时。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述钛酸正丁酯、乙醇酸、水的用量按重量比为钛酸正丁酯：乙醇酸：水＝10～15：35～45：1000。

说明书

一种TiO2(B)纳米海绵的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别涉及一种TiO2(B)纳米海绵的制备方法。

背景技术

[0002] 目前，纳米TiO2在环境净化及绿色能源方面展现出广阔的应用前景。TiO2常见的晶相有三种，分别为锐钛矿、金红石和板钛矿。最近研究发现TiO2还可以另一种晶相形式存在TiO2(B)。该晶相属于单斜晶系，是一种比锐钛矿和金红石密度小、结构松散的介稳态氧化钛同质变体。为了最大程度上开发TiO2的应用前景，对新兴的晶相TiO2(B)的研究正在兴起。TiO2(B)的合成最早追溯到1980年，Marchand等人通过高温固相烧结法合成了TiO2(B)[Materials Research Bulletin,1980,15(8):1129-1133]，但颗粒大小为微米级，且制备过程中需高温煅烧。2004年，Bruce等人结合强碱水热法和离子交换法得到了TiO2(B)纳米线[Angewandte Chemie International Edition,2004,43:2286-2288]，但制备过程需使用大量强腐蚀性的强碱，并且制备过程复杂，需经强碱水热-离子交换-高温煅烧等多步来实现。2010年，王训等人通过更简单的乙二醇溶剂热一步法合成了TiO2(B)纳米片[Chemical Communications,2010,46:6801-6803]，但实验中的TiCl4原料在空气中强烈水解冒烟，具有强的刺激性，违背绿色化学的原则。如何找到一种简单的、绿色的制备TiO2(B)纳米结构的方法成为研究TiO2(B)的重要前提。并且，从TiO2目前应用最广泛的环境净化及绿色能源领域来看，对纳米结构TiO2(B)的制备技术提出了高纯度、高结晶度、高比表面积等更高的要求。然而，对于具有以上优点的TiO2(B)纳米海绵尚未见有相关文献报道。

发明内容

[0003] 本发明为解决传统TiO2(B)制备方法中依赖高温煅烧、制备复杂及产物弱晶化的缺点的技术问题，提供一种绿色简单的、快速制备高纯度、高结晶度、高孔隙率的TiO2(B)纳米海绵的制备方法。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

[0005] 一种TiO2(B)纳米海绵的制备方法，包括以下步骤：

[0006] 以10g水为溶剂，加乙醇酸待完全溶解后加入钛酸正丁酯，混合搅拌30s，置于高压反应釜中加热至反应温度为120-180℃反应6-18小时；所述钛酸正丁酯、乙醇酸、水的用量按重量比为钛酸正丁酯：乙醇酸：水＝10～30：10～45：100，待反应冷却后将得到的白色沉淀物洗涤，离心，干燥，至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

[0007] 在上述技术方案中，所述反应温度为140-160℃。

[0008] 在上述技术方案中，所述反应时间为8-12个小时。

[0009] 在上述技术方案中，所述钛酸正丁酯、乙醇酸、水的用量按重量比为钛酸正丁酯：乙醇酸：水＝10～15：35～45：100。

[0010] 本发明的有益效果是：

[0011] 本发明提供的TiO2(B)纳米海绵的制备方法与现有技术相比具有如下优点：

[0012] 1、避免了使用遇水强烈水解冒烟的TiCl4原料以及具有腐蚀性的高浓度强碱，增加了操作的安全性。

[0013] 2、合成过程中无需借助高温煅烧即可实现TiO2(B)高度晶化，且操作简单，适宜大规模生产。

[0014] 3、制得的TiO2(B)为超细且均匀的纳米粒子(粒径5～10nm)组成的海绵体，具有超高的比表面积和孔隙率，非常适宜在光催化、太阳能电池及锂离子 电池等领域推广。

附图说明

[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0016] 图1为实施例1所制备的TiO2(B)纳米海绵的X射线衍射谱图。

[0017] 图2为实施例1所制备的TiO2(B)纳米海绵的透射电子显微镜照片。

[0018] 图3为实施例1所制备的TiO2(B)纳米海绵的高分辨透射电子显微镜照片。

[0019] 图4为实施例2所制备的TiO2(B)纳米海绵的X射线衍射谱图。

[0020] 图5为实施例2所制备的TiO2(B)纳米海绵的透射电子显微镜照片。

[0021] 图6为实施例2所制备的TiO2(B)纳米海绵的高分辨透射电子显微镜照片。

[0022] 图7为实施例3所制备的TiO2(B)纳米海绵的X射线衍射谱图。

[0023] 图8为实施例3所制备的TiO2(B)纳米海绵的透射电子显微镜照片。

[0024] 图9为实施例3所制备的TiO2(B)纳米海绵的高分辨透射电子显微镜照片。

[0025] 图10为实施例4所制备的TiO2(B)纳米海绵的X射线衍射谱图。

[0026] 图11为实施例4所制备的TiO2(B)纳米海绵的透射电子显微镜照片。

[0027] 图12为实施例4所制备的TiO2(B)纳米海绵的高分辨透射电子显微镜照片。

[0028] 图13为实施例5所制备的TiO2(B)纳米海绵的X射线衍射谱图。

[0029] 图14为实施例5所制备的TiO2(B)纳米海绵的透射电子显微镜照片。

[0030] 图15为实施例5所制备的TiO2(B)纳米海绵的高分辨透射电子显微镜照片。

具体实施方式

[0031] 实施例1

[0032] 在50ml的烧杯中，加入10g水，加入0.45g乙醇酸至完全溶解，继续加入0.1g钛酸正丁酯，搅拌30s，置于15ml高压反应釜中升温至160℃反应12h， 反应停止待产物自然冷却，所得产物用水、乙醇分别洗涤、离心，最后至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

[0033] 本实施例为最佳实施例。图1～3分别为制备得到的TiO2(B)纳米晶的X-射线衍射图谱、透射电子显微镜照片、高分辨透射电子显微镜照片，所得产物为TiO2(B)纳米粒子组装的海绵体，其中纳米粒子粒径为5～10nm。

[0034] 实施例2

[0035] 在50ml的烧杯中，加入10g水，加入0.2g乙醇酸至完全溶解，继续加入0.1g钛酸正丁酯，搅拌30s，置于15ml高压反应釜中升温至160℃反应12h，反应停止待产物自然冷却，所得产物用水、乙醇分别洗涤、离心，最后至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

[0036] 与实施例1相比，本实施例将钛酸正丁酯：乙醇酸的重量比改为10：20，所得产物为TiO2(B)的纳米海绵结构。图4为本实施例TiO2(B)纳米海绵的X-射线衍射图谱，图5为其透射电子显微镜照片，图6为其高分辨透射电子显微镜照片。由图可见，形貌无变化，但结晶度略有降低。

[0037] 实施例3

[0038] 在50ml的烧杯中，加入10g水，加入0.45g乙醇酸至完全溶解，继续加入0.1g钛酸正丁酯，搅拌30s，置于15ml高压反应釜中升温至140℃反应12h，反应停止待产物自然冷却，所得产物用水、乙醇分别洗涤、离心，最后至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

[0039] 与实施例1相比，本实施例将反应温度改为140℃，所得产物为TiO2(B)的纳米海绵结构。图7为本实施例TiO2(B)纳米海绵的X-射线衍射图谱，图8为其透射电子显微镜照片，图9为其高分辨透射电子显微镜照片。由图可见，形貌无变化。

[0040] 实施例4

[0041] 在50ml的烧杯中，加入10g水，加入0.45g乙醇酸至完全溶解，继续加入0.1g钛酸正丁酯，搅拌30s，置于15ml高压反应釜中升温至160℃反应6h，反应停止待产物自然冷却，所得产物用水、乙醇分别洗涤、离心，最后至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

[0042] 与实施例1相比，本实施例将反应时间改为6h，所得产物为TiO2(B)的纳米海绵结构。图10为本实施例TiO2(B)纳米海绵的X-射线衍射图谱，图11为其透射电子显微镜照片，图12为其高分辨透射电子显微镜照片。由图可见，形貌无变化，结晶度略有降低。

[0043] 实施例5

[0044] 在50ml的烧杯中，加入10g水，加入0.45g乙醇酸至完全溶解，继续加入0.3g钛酸正丁酯，搅拌30s，置于15ml高压反应釜中升温至160℃反应12h，反应停止待产物自然冷却，所得产物用水、乙醇分别洗涤、离心，最后至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

[0045] 与实施例1相比，本实施例将钛酸正丁酯：乙醇酸的重量比改为30：45，所得产物为TiO2(B)的纳米海绵结构。图13为本实施例TiO2(B)纳米海绵的X-射线衍射图谱，图14为其透射电子显微镜照片，图15为其高分辨透射电子显微镜照片。由图可见，形貌无变化。

[0046] 实施例6

[0047] 在50ml的烧杯中，加入10g水，加入0.1g乙醇酸至完全溶解，继续加入0.1g钛酸正丁酯，搅拌30s，置于15ml高压反应釜中升温至180℃反应8h，反应停止待产物自然冷却，所得产物用水、乙醇分别洗涤、离心，最后至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

[0048] 实施例7

[0049] 在50ml的烧杯中，加入10g水，加入0.35g乙醇酸至完全溶解，继续加入0.15g钛酸正丁酯，搅拌30s，置于15ml高压反应釜中升温至120℃反应18h，反应停止待产物自然冷却，所得产物用水、乙醇分别洗涤、离心，最后至于烘箱中70℃干燥6h，即得到TiO2(B)纳米海绵。

[0050] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。