一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法
【专利摘要】一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，涉及一种纳米材料的制备方法，在硫酸氧钛水溶液中加入含氟试剂制备出氟和钛的摩尔比为16:1-24:1的前驱体水溶液；按照前驱体水溶液体积和反应釜的容积比为7:10的比例取前驱体水溶液加入到反应釜中，在180℃保温孵化12小时后冷却得到反应物；反应物进行抽滤，所得滤饼用去离子水洗涤抽干后，置于真空干燥箱中干燥后取出；将所得滤饼于瓷舟中，在马弗炉中450℃煅烧后冷却至室温，所得白色粉末，即为多晶面片状单晶结构二氧化钛微球。本发明所制备出的二氧化钛微球为平滑的去角八面体锐钛矿二氧化钛单晶结构，该二氧化钛微球的边长为1.3-2.2μm，厚为0.6-1.0μm。
【专利说明】—种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米材料，具体的说是一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法。
【背景技术】
[0002]二氧化钛以其资源丰富、安全无毒、结构稳定等优点受到研究者的广泛关注，已在功能陶瓷、气体传感器、光催化等领域得到广泛研究与应用，同时也是一种极具发展潜力的太阳能电池和锂离子电池的电极材料。然而，结构简单以及块状的二氧化钛不能充分发挥其性能以满足实际应用的需求。制备功能化并具有特定结构和大比表面积的二氧化钛，对改善与提高其性能具有重要意义。研究表明，分等级结构空心球形二氧化钛具有低密度、高比表面积、更好的表面通透性、更高的光利用率等优异的理化特性，因此，制备分等级二氧化钛空心微球具有广阔的应用前景。
[0003]目前，二氧化钛空心微球的制备方法大多依赖于模板法(软模板和硬模板)。模板法虽然容易控制微球的粒径和介孔的尺寸，但模板的制备以及后续的模板去除无疑会增加材料制备的成本和工艺的难度。此外，对于具有含特定晶面的材料制备而言，模板剂的加入会影响晶体生长的取向。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其具有制备方法简单，所制备的多晶面片状单晶结构二氧化钛微球为表面平滑的去角八面体锐钛矿二氧化钛单晶结构，该二氧化钛微球的边长为1.3 -2.2um,厚为 0.6 -1.0 μ mo
[0005]粒径为0.8-2.6 μ m，具有较强的光催化活性。
[0006]一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其制备方法包括以下步骤: 步骤一、前驱体水溶液的制备:将硫酸氧钛加入水中制备出硫酸氧钛水溶液；在硫酸氧钛水溶液中加入含氟试剂，使所得混合溶液中的氟和钛的摩尔比为16:1-24:1，即为前驱体水溶液，备用；
所述含氟试剂为氟化氢水溶液、氟化钠固体或氟化钠水溶液；
步骤二、按照前驱体水溶液体积和反应釜的容积比为7:10的比例取上述步骤一所制备的前驱体水溶液加入到反应釜中，在180°C保温孵化12小时后自然冷却至室温，得到反应物，备用；
步骤三、将上述步骤二的反应物进行抽滤，所得滤饼用去离子水洗涤3次并将水抽干后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小时后取出，备用；
步骤四、将所得滤饼于瓷舟中，在马弗炉中450°C煅烧3小时后自然冷却至室温，所得白色粉末，即为多晶面片状单晶结构二氧化钛微球。
[0007]所述步骤三中滤饼的洗涤的方法为，在装有滤饼的离心管中加入去离子水，并震荡，使滤饼悬浮；然后以4500r/min的转速离心8-10min分钟后，取出上层溶液，剩余滤饼再进行下次洗涤。
[0008]有益效果是:
本发明多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，方法简单，成本低廉，所制备出的二氧化钛微球为平滑的去角八面体锐钛矿二氧化钛单晶结构，该二氧化钛微球的边长为1.3 -2.2 μ m,厚为0.6 -1.0 μ m0可通过调节反应系统内氟与钛的摩尔比调控二氧化钛微球的形貌特征，其比例增大二氧化钛微球的粒径增大，为去角八面体锐钛矿二氧化钛单晶体边长越大，厚度越厚；其貌控制是基于体系内F离子对锐钛矿二氧化钛(001)晶面的腐蚀/保护竞争作用机理，表面F离子的低覆盖率以腐蚀机理为主，高覆盖率则以保护机理为主。另外，本发明所制备出的面纳米刻蚀的二氧化钛微球，为纯锐钛矿相二氧化钛，表面裸漏晶面的锐钛矿二氧化钛较普通锐钛矿二氧化钛的光催化活性高，可作为新的光催化材料，具有较好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明实施例1所制备的多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的SEM照片； 图2是本发明实施例2所制备的多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的SEM照片；
图3是本发明实施例3所制备的多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的SEM照片；
图4为实施例3制得的多晶面片状单晶结构二氧化钛微球经450°C煅烧后的光催化降解甲基橙曲线图；
图5为实施例3制得的表面纳米刻蚀的二氧化钛微球经450°C煅烧后的XRD谱线图；
【具体实施方式】
[0010]一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其制备方法包括以下步骤: 步骤一、前驱体水溶液的制备:将硫酸氧钛加入水中制备出硫酸氧钛水溶液；在硫酸氧钛水溶液中加入含氟试剂，使所得混合溶液中的氟和钛的摩尔比为16:1-24:1，即为前驱体水溶液，备用；
所述含氟试剂为氟化氢水溶液、氟化钠固体或氟化钠水溶液；
步骤二、按照前驱体水溶液体积和反应釜的容积比为7:10的比例取上述步骤一所制备的前驱体水溶液加入到反应釜中，在180°C保温孵化12小时后自然冷却至室温，得到反应物，备用；
步骤三、将上述步骤二的反应物进行抽滤，所得滤饼用去离子水洗涤3次并将水抽干后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小时后取出，备用；
步骤四、将所得滤饼于瓷舟中，在马弗炉中450°C煅烧3小时后自然冷却至室温，所得白色粉末，即为多晶面片状单晶结构二氧化钛微球。
[0011]所述步骤三中滤饼的洗涤的方法为，在装有滤饼的离心管中加入去离子水，并震荡，使滤饼悬浮；然后以4500r/min的转速离心8_10min分钟后，取出上层溶液，剩余滤饼再进行下次洗涤。
[0012]实施例1
一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其制备方法包括以下步骤: 步骤一、前驱体水溶液的制备:将硫酸氧钛加入水中制备出硫酸氧钛水溶液；在硫酸氧钛水溶液中加入含氟试剂，使所得混合溶液中的氟和钛的摩尔比为16:1-24:1，即为前驱体水溶液，备用；
所述含氟试剂为氟化氢水溶液、氟化钠固体或氟化钠水溶液；
步骤二、按照前驱体水溶液体积和反应釜的容积比为7:10的比例取上述步骤一所制备的前驱体水溶液加入到反应釜中，在180°C保温孵化12小时后自然冷却至室温，得到反应物，备用；
步骤三、将上述步骤二的反应物进行抽滤，所得滤饼用去离子水洗涤3次并将水抽干后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小时后取出，备用；所述滤饼的洗涤的方法为，在装有滤饼的离心管中加入去离子水，并震荡，使滤饼悬浮；然后以4500r/min的转速离心8_10min分钟后，取出上层溶液，剩余滤饼再进行下次洗涤。
[0013]步骤四、将所得滤饼于瓷舟中，在马弗炉中450°C煅烧3小时后自然冷却至室温，所得白色粉末，即为多晶面片状单晶结构二氧化钛微球。由图1的SBl照片可知，所制备的微球为去角八面体锐钛矿二氧化钛单晶体。
[0014]实施例2
一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其制备方法包括以下步骤:步骤一、前驱体水溶液的制备:将硫酸氧钛加入水中制备出硫酸氧钛水溶液；在硫酸氧钛水溶液中加入含氟试剂，使所得混合溶液中的氟和钛的摩尔比为16:1-24:1，即为前驱体水溶液，备用；
所述含氟试剂为氟化氢水溶液、氟化钠固体或氟化钠水溶液；
步骤二、按照前驱体水溶液体积和反应釜的容积比为7:10的比例取上述步骤一所制备的前驱体水溶液加入到反应釜中，在180°C保温孵化12小时后自然冷却至室温，得到反应物，备用；
步骤三、将上述步骤二的反应物进行抽滤，所得滤饼用去离子水洗涤3次并将水抽干后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小时后取出，备用；所述饼的洗涤的方法为，在装有滤饼的离心管中加入去离子水，并震荡，使滤饼悬浮；然后以4500r/min的转速离心8_10min分钟后，取出上层溶液，剩余滤饼再进行下次洗涤。
[0015]步骤四、将所得滤饼于瓷舟中，在马弗炉中450°C煅烧3小时后自然冷却至室温，所得白色粉末，即为多晶面片状单晶结构二氧化钛微球。。由图2可知所制备的微球为多晶面片状单晶结构，其边长约为1.3 μ m，厚约为0.6 μπ?ο
[0016]实施例3
一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其制备方法包括以下步骤:步骤一、将钛盐加入水中制备出钛盐水溶液；在钛盐水溶液中加入含氟试剂，使所得混合溶液中的氟和钛的摩尔比为4:1-16:1,即为前驱体水溶液,备用；
所述含氟试剂为氟化氢水溶液、氟化钠固体或氟化钠水溶液；所述钛盐为硫酸氧钛。
[0017]步骤二、按照前驱体水溶液体积和反应釜的容积比为:7:10的比例取上述步骤一所制备的前驱体水溶液加入到反应釜中，在180°C保温孵化12小时后自然冷却至室温，得到反应物，备用；
步骤三、将上述步骤二的反应物进行抽滤，所得滤饼用去离子水洗涤3次并将水抽干后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小时后取出，备用；
所述洗涤的方法为，在装有滤饼的离心管中加入去离子水，并震荡，使滤饼悬浮；然后以5000r/min的转速离心5_10min分钟后,取出上层溶液,剩余滤饼再进行下次洗漆。
[0018]步骤四、将所得滤饼于瓷舟中，在马弗炉中450°C煅烧3小时后自然冷却至室温，所得白色粉末，即为多晶面片状单晶结构二氧化钛微球。由图3可知所制备的微球为多晶面片状单晶结构，其边长约为1.3 ym，厚约为0.6 μ m。将所制备的多晶面片状单晶结构二氧化钛微球进行光催化活性检测，得到其经450°C煅烧后的光催化降解甲基橙曲线，由图4可知，制备产品显示出较强的光催化活性和较高的光催化效率，相同条件下降解甲基橙I小时，本发明所得产品较商业化的P25粉的光催化高17倍。由图5实施例3制得的表面纳米刻蚀的二氧化钛微球经450°C煅烧后的XRD谱线图可知，所制备的表面纳米刻蚀的二氧化钛微球为纯锐钛矿相二氧化钛。
【权利要求】
1.一种多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于:其制备方法包括以下步骤: 步骤一、前驱体水溶液的制备:将硫酸氧钛加入水中制备出硫酸氧钛水溶液；在硫酸氧钛水溶液中加入含氟试剂，使所得混合溶液中的氟和钛的摩尔比为16:1-24:1，即为前驱体水溶液，备用； 步骤二、按照前驱体水溶液体积与反应釜容积比为7:10的比例取上述步骤一所制备的前驱体水溶液加入到反应釜中，在180°C保温孵化12小时后自然冷却至室温，得到反应物，备用； 步骤三、将上述步骤二的反应物进行抽滤，所得滤饼用去离子水洗涤3次并将水抽干后，置于真空干燥箱中80°C干燥8小时后取出，备用； 步骤四、将所得滤饼置于瓷舟中，在马弗炉中450°C煅烧3小时后自然冷却至室温，所得白色粉末，即为多晶面片状单晶结构二氧化钛微球。
2.如权利要求1所述的多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于:所述步骤三中滤饼的洗涤的方法为，在装有滤饼的离心管中加入去离子水，并震荡，使滤饼悬浮；然后以4500r/min的转速离心8_10min分钟后,取出上层溶液,剩余滤饼再进行下次洗漆。
3.如权利要求1所述的多晶面片状单晶结构二氧化钛微球的制备方法，其特征在于:所述含氟试剂为氟化氢水溶液、氟化钠固体或氟化钠水溶液。
【文档编号】C30B7/14GK104278323SQ201410353965
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】雷建飞, 杜凯, 倪静, 魏荣慧, 张少峰, 李立本 申请人:河南科技大学