一种可控合成不同晶型杨梅状二氧化钛纳米材料的方法与流程

本发明属于二氧化钛纳米材料的合成技术领域，具体涉及一种可控合成不同晶型杨梅状二氧化钛纳米材料的方法。

背景技术：

二氧化钛是化学性质最稳定、环境友好且功能多样的氧化物材料之一。由于其材料特性和小尺寸时的催化反应活性，纳米结构二氧化钛在许多新兴领域得到广泛应用，包括太阳能、光催化水分解和锂离子电池等领域。目前，研究较为广泛的二氧化钛常见晶相有锐钛矿、金红石、板钛矿等，国内外对于二氧化钛晶相转变的研究主要集中在温度调控、改性剂调控、离子调控及外场强化调控等晶相调控方式，调控工艺普遍存在成本相对较高及过程相对复杂等问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的可控合成不同晶型杨梅状二氧化钛纳米材料的方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种可控合成不同晶型杨梅状二氧化钛纳米材料的方法，其特征在于具体步骤为：

步骤s1：将10g二水合草酸溶于40-60ml无水乙醇中得到溶液a；

步骤s2：将0.75-5ml钛酸四丁酯加入到步骤s1得到的溶液a中并超声分散均匀得到溶液b；

步骤s3：将0-20ml浓盐酸加入到步骤s2得到的溶液b中，再将混合溶液于150℃水热反应10h，反应产物用无水乙醇和一次水交替清洗，再离心分离后置于真空干燥箱中于60℃干燥即得杨梅状二氧化钛纳米材料，该二氧化钛纳米材料是由尺寸为30nm的纳米棒紧密排列组合而成的粒径为2-5μm的微球，并且随着浓盐酸加入量的逐渐增大，制得产物杨梅状二氧化钛纳米材料的晶型由锐钛矿单相-锐钛矿和金红石混相-金红石单相的逐渐转变。

本发明利用钛酸四丁酯、浓盐酸、二水合草酸和无水乙醇为原料无模板合成的杨梅状二氧化钛纳米材料具有较大的比表面积、良好的光吸收性能及突出的反应物吸附性能，有助于光生电荷的产生、迁移过程。由于尺寸为30nm的二氧化钛纳米棒的紧密排列使得光可以在二氧化钛纳米材料表面有效的反射和折射，棒间的空隙有利于水或电解液的进入。同时，可控晶相的合成过程较为容易产生同质结，大大加强了杨梅状二氧化钛纳米材料的催化活性。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明采用无模板法，以无水乙醇、二水合草酸、钛酸四丁酯及浓盐酸为原料，钛酸四丁酯在无水乙醇和浓盐酸的作用下先在室温下混合形成前驱体，后经过简单的水热反应制得具有独特杨梅状结构的二氧化钛纳米材料。本发明具有操作简单、原料成本低及条件安全等优点，通过此方法制备的杨梅状二氧化钛纳米材料制得的锂离子电池在1c的电流密度下拥有130mahg^-1的稳定充放电比容量。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的二氧化钛纳米材料的xrd图；

图2为本发明实施例3制得的二氧化钛纳米材料的sem图；

图3为本发明实施例5制得的二氧化钛纳米材料的sem图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

步骤s1：将10g二水合草酸溶于57ml无水乙醇中得到溶液a；

步骤s2：将5ml钛酸四丁酯加入到步骤s1得到的溶液a中并超声分散均匀得到溶液b；

步骤s3：将8ml浓盐酸加入到步骤s2得到的溶液b中，再将混合溶液于150℃水热反应10h，反应产物用无水乙醇和一次水交替清洗，再离心分离后置于真空干燥箱中于60℃干燥过夜即得具有锐钛矿和金红石混合晶型的杨梅状二氧化钛纳米材料。

图1是本实施例制得二氧化钛纳米材料的xrd图，由图可知制得的最终产品为具有锐钛矿和金红石混合晶型的杨梅状二氧化钛纳米材料。

实施例2

步骤s1：将10g二水合草酸溶于50ml无水乙醇中得到溶液a；

步骤s2：将5ml钛酸四丁酯加入到步骤s1得到的溶液a中并超声分散均匀得到溶液b；

步骤s3：将15ml浓盐酸加入到步骤s2得到的溶液b中，再将混合溶液于150℃水热反应10h，反应产物用无水乙醇和一次水交替清洗，再离心分离后置于真空干燥箱中于60℃干燥过夜即得具有锐钛矿和金红石混合晶型的杨梅状二氧化钛纳米材料。

实施例3

步骤s1：将10g二水合草酸溶于49.25ml无水乙醇中得到溶液a；

步骤s2：将0.75ml钛酸四丁酯加入到步骤s1得到的溶液a中并超声分散均匀得到溶液b；

步骤s3：将20ml浓盐酸加入到步骤s2得到的溶液b中，再将混合溶液于150℃水热反应10h，反应产物用无水乙醇和一次水交替清洗，再离心分离后置于真空干燥箱中于60℃干燥过夜即得具有金红石晶型的杨梅状二氧化钛纳米材料。

图2为本实施例制得二氧化钛纳米材料的sem图，由图可知最终产品为粒径约为2μm的具有杨梅状形貌的二氧化钛纳米材料。

实施例4

步骤s1：将10g二水合草酸溶于48ml无水乙醇中得到溶液a；

步骤s2：将2ml钛酸四丁酯加入到步骤s1得到的溶液a中并超声分散均匀得到溶液b；

步骤s3：将20ml浓盐酸加入到步骤s2得到的溶液b中，再将混合溶液于150℃水热反应10h，反应产物用无水乙醇和一次水交替清洗，再离心分离后置于真空干燥箱中于60℃干燥过夜即得具有金红石晶型的杨梅状二氧化钛纳米材料。

实施例5

步骤s1：将10g二水合草酸溶于45ml无水乙醇中得到溶液a；

步骤s2：将5ml钛酸四丁酯加入到步骤s1得到的溶液a中并超声分散均匀得到溶液b；

步骤s3：将20ml浓盐酸加入到步骤s2得到的溶液b中，再将混合溶液于150℃水热反应10h，反应产物用无水乙醇和一次水交替清洗，再离心分离后置于真空干燥箱中于60℃干燥过夜即得具有金红石晶型的杨梅状二氧化钛纳米材料。

图3为本实施例制得二氧化钛纳米材料的sem图，由图可知最终产品为粒径约为5μm的具有杨梅状形貌的二氧化钛纳米材料。

实施例6

步骤s1：将10g二水合草酸溶于45ml无水乙醇中得到溶液a；

步骤s2：将5ml钛酸四丁酯加入到步骤s1得到的溶液a中并超声分散均匀得到溶液b；

步骤s3：将步骤s2得到的溶液b于150℃水热反应10h，反应产物用无水乙醇和一次水交替清洗，再离心分离后置于真空干燥箱中于60℃干燥过夜即得具有锐钛矿晶型的杨梅状二氧化钛纳米材料。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种可控合成不同晶型杨梅状二氧化钛纳米材料的方法，属于二氧化钛纳米材料的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：将10g二水合草酸溶于40‑60mL无水乙醇中得到溶液A；将0.75‑5mL钛酸四丁酯加入到溶液A中并超声分散均匀得到溶液B；将0‑20mL浓盐酸加入到溶液B中，再将混合溶液于150℃水热反应10h，反应产物用无水乙醇和一次水交替清洗，再离心分离后置于真空干燥箱中于60℃干燥即得杨梅状二氧化钛纳米材料。本发明具有操作简单、原料成本低及条件安全等优点，通过此方法制备的杨梅状二氧化钛纳米材料制得的锂离子电池在1C的电流密度下拥有130mAhg‑1的稳定充放电比容量。

技术研发人员：王晓兵;曹宇;梁慧君;娄向东;杨林;赵晓华;崔佳宝;周慧然
受保护的技术使用者：河南师范大学
技术研发日：2018.08.03
技术公布日：2019.01.01