以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿TiO₂形貌的方法

专利名称：以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿TiO₂形貌的方法
技术领域：
本发明属纳米二氧化钛粉体领域，特别是涉及一种以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿 Ti02形貌的方法。
背景技术：
最近的研究表明不仅纳米材料的尺寸和大小会影响其性能，其形貌对其各种性能也存 在显著影响。目前的研究较多集中于通过改变不同制备技术，如溶胶-凝胶法、水热法、气 相法以期望得到不同形状的纳米颗粒。而采用添加剂作为纳米材料形状控制剂的研究文献 较少见报道。
纳米二氧化钛粉体是一种新型的无机材料，因其粒径小，比表面积大、光催化、吸性紫 外线能力强，并且无毒、催化活性高、稳定性好等优点受到人们的广泛关注，被认为在太 阳能转换与利用、环境净化等方面有着广阔的应用前景。其中二氧化钛有锐钛矿、金红石 和板钛矿三种矿物，其中以锐钛矿的光化学活性最好。近年来不同形状的Ti02纳米颗粒已 被制备出来，如纳米棒，纳米线、纳米管、纳米片等(Solid State Chem. 2004;32:33)。而 以添加剂作为Ti02纳米颗粒形状控制剂的研究较少见文献报道。Sugimoto等人报道了以伯 胺、肿胺、叔胺作为纳米Ti02颗粒形状控制剂的研究，他们发现通过适当控制反应条件， 可以控制Ti02颗粒由立方形向椭圆形转变(J. Colloid Interf.Sci. 2003;259 53)。而以NaAc 作为添加剂，来控制纳米锐钛矿型Ti02形貌的研究还未见文献报道。

发明内容
本发明的目的是提供一种以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿Ti02形貌的方法，该方法 是以三乙醇胺稳定的异丙醇钛为前驱体，采用NaAc为纳米颗粒形状控制剂，制备出的锐 钛矿Ti02颗粒形貌可控制为立方状和棒状，工艺与设备简单，产品质量稳定，且重复性好。 本发明的以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿Ti02形貌的方法，包括下列步骤
(1) 以异丙醇钛为原料，三乙醇胺为稳定剂，加水，形成T产溶液，三乙醇胺和异丙醇钛 摩尔量比为0-1.0;
(2) Ti"溶液中加入同体积的水，搅拌均匀；
(3) 加形貌控制添加剂NaAc，调节溶液pH值，进行第一次陈化，得粘性胶体；
(4) 凝胶进行第二次陈化，得纳米锐钛矿Ti02颗粒。
所述的NaAc是0.2-1.0 mol/LNaAc溶液，优选0.2-0.5mol/L; 所述步骤(3)中的pH值在O-ll之间，pH值调节液为高氯酸或氢氧化钠溶液； 所述的第一次陈化是溶液置于水热反应釜中于80-12(TC下陈化12-36小时； 所述的第二次陈化是样品于水热反应釜中在100-16(TC陈化24-48小时。 所述的纳米锐钛矿Ti02颗粒是立方形纳米锐钛矿Ti02颗粒或棒状纳米锐钛矿Ti02颗粒。
本发明的方法制备出的纳米锐钛矿Ti02，粒度均匀，分散性好，形貌可以控制为立方 状和棒状，而且制备工艺简单，便于推广。


图1是本发明的主要工艺流程图2是本发明实施例1-3中提供的方法制备出的纳米锐钛矿Ti02的XRD (X射线衍射， X-ray diffraction)分析；
图3是本发明提供的方法在pH值9.5、不同浓度NaAc下制备出的纳米锐钛矿1102粉体的 透射电镜图，(a)为实施例1的透射电镜图，(c)实施例2的透射电镜图，(d)为实施例3的透 射电镜图4是本发明提供的方法在NaAc浓度为0.5mol/l不同pH值下制备出的纳米锐钛矿Ti02 粉体的透射电镜图，(a)为实施例4的透射电镜图，(b)为实施例5的透射电镜图，(c)为实施 例6的透射电镜图。
具体实施方式
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下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。
实施例1
a) 称取0.02mol的异丙醇钛，加入0.01 mol的三乙醇胺，加入去离子水配制成0.5 mo1/1 的Ti"溶液；
b) 取10 ml步骤a)溶液与同体积去离子水混合；
c) 将b)所得溶液用NaOH溶液调节到pH值9.5，于10(TC水热反应釜中下一次陈化24 h;
d)将步骤c)的粘性胶体于14(TC水热反应釜中陈化72小时。
本方法制备的纳米锐钛矿Ti02的XRD (X射线衍射，X-ray diffraction)分析见附 图2，其透射电镜图见附图3(a)，粒径为21纳米。
实施例2
a) 称取0.02 moL的异丙醇钛，加入0.01 moL的三乙醇胺，加入去离子水配制成0.5 moL/L的Ti"溶液；
b) 配制0.5 moL/L的醋酸钠溶液；
c) 取10mL步骤a)溶液与同体积去离子水混合，取10 mLb)溶液均匀混合；
d) 将c)所得溶液用NaOH溶液调节到pH值9.5，在10(TC水热反应釜中一次陈化24 h;
e) 将步骤d)的粘性胶体于13(TC水热反应釜中陈化％小时。
本方法制备的纳米锐钛矿Ti02的XRD分析见附图2，其透射电镜图见附图3(c)，粒 径为20.2x38.0纳米。
实施例3
a) 称取0.02 moL的异丙醇钛，加入0.01 moL的三乙醇胺，加入去离子水配制成0.5 moL/L的T产溶液；
b) 配制1.0 moL/L的醋酸钠溶液；
c) 取10mL步骤a)溶液与同体积去离子水混合，取10 mLb)溶液均匀混合；
d) 将c)所得溶液用NaOH溶液调节到pH值9.5，于110'C下一次陈化36 h;
e) 将步骤d)的粘性胶体于12(TC陈化96小时。
本方法制备的纳米锐钛矿Ti02的XRD分析见附图2，其透射电镜图见附图3(d)，粒 径为23.1x48.4纳米。
实施例4
a) 称取0.02 moL的异丙醇钛，加入0.01 moL的三乙醇胺，加入去离子水配制成0.5 moL/L的Ti4+溶液；
b) 配制1.0 moL/L的醋酸钠溶液；
c) 取10mL步骤a)溶液与同体积去离子水混合，取10 mLb)溶液均匀混合；
d) 将c)所得溶液用HCL04溶液调节到pH值0.9，于110'C下一次陈化36 h;
e) 将步骤d)的粘性胶体于120'C陈化96 h;
本方法制备的纳米锐钛矿Ti02的XRD分析见附图2，其透射电镜图见附图4(a)，粒
径为14.1纳米。
实施例5
a) 称取0.02 moL的异丙醇钛，加入0.01 moL的三乙醇胺，加入去离子水配制成0.5 moL/L的114+溶液；
b) 配制1.0moL/L的醋酸钠溶液。
f) 取10mL步骤a)溶液与同体积去离子水混合，取10mLb)溶液均匀混合。
g) 将c)所得溶液用HCL04溶液调节到pH值4.3，于ll(TC下一次陈化36 h; 本方法制备的纳米锐钛矿Ti02的透射电镜图见附图4(b)，粒径为19.2纳米。
实施例6
a) 称取0.02 moL的异丙醇钛，加入0.01 moL的三乙醇胺，加入去离子水配制成0.5 moL/L的T产溶液；
b) 配制1.0 moL/L的醋酸钠溶液；
c) 取10 mL步骤a)溶液与同体积去离子水混合，取10 mLb)溶液均匀混；
d) 将c)所得溶液用NaOH溶液调节到pH值7.9，于110'C下一次陈化36 h;
e) 将步骤d)的粘性胶体于120'C陈化96 h。
本方法制备的纳米锐钛矿Ti02的透射电镜图见附图4(c)，粒径为20.3纳米。
权利要求
1.以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿TiO2形貌的方法，包括下列步骤(1)以异丙醇钛为原料，三乙醇胺为稳定剂，加水，形成Ti4+溶液，三乙醇胺和异丙醇钛摩尔量比为0-1.0；(2)Ti4+溶液中加入同体积的水，搅拌均匀；(3)加形貌控制添加剂NaAc，调节溶液pH值，进行第一次陈化，得粘性胶体；(4)凝胶进行第二次陈化，得纳米锐钛矿TiO2颗粒。
2. 根据权利要求1所述的以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿Ti02形貌的方法，其特征在 于所述的NaAc是0.2-1.0 mol/LNaAc溶液。
3. 根据权利要求2所述的以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿Ti02形貌的方法，其特征在 于所述的NaAc是0.2-0.5mol/L NaAc溶液。
4. 根据权利要求1所述的以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿Ti02形貌的方法，其特征在 于所述步骤(3)中的pH值在0-ll之间，pH值调节液为高氯酸或氢氧化钠溶液。
5. 根据权利要求1所述的以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿Ti02形貌的方法，其特征在 于所述的第一次陈化是溶液置于水热反应釜中于80-12(TC下陈化12-36小时。
6. 根据权利要求1所述的以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿Ti02形貌的方法，其特征在 于:所述的第二次陈化是样品于水热反应釜中在100-16(TC陈化24-48小时。
7. 根据权利要求1所述的以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿Ti02形貌的方法，其特征在于所述的纳米锐钛矿Ti02颗粒是立方形纳米锐钛矿Ti02颗粒或棒状纳米锐钛矿Ti02颗粒。
全文摘要
本发明涉及一种以NaAc为添加剂控制纳米锐钛矿TiO₂形貌的方法，包括步骤(1)以异丙醇钛为原料，三乙醇胺为稳定剂，加水，形成Ti⁴⁺溶液，三乙醇胺和异丙醇钛摩尔量比为0-1.0；(2)Ti⁴⁺溶液中加入同体积的水，搅拌均匀；(3)加形貌控制添加剂NaAc，调节溶液pH值，进行第一次陈化，得粘性胶体；(4)凝胶进行第二次陈化，得纳米锐钛矿TiO₂颗粒。本发明的方法制备出的纳米锐钛矿TiO₂，粒度均匀，分散性好，形貌可以控制为立方状和棒状，而且制备工艺简单，便于推广。
文档编号C01G23/053GK101172650SQ20071004727
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月19日 优先权日2007年10月19日
发明者倪似愚, 周兴平, 霄 张 申请人:东华大学