(b)納米海綿的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，特別涉及一種T1jB)納米海綿的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，納米T12在環(huán)境凈化及綠色能源方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。T12常見的晶相有三種，分別為銳鈦礦、金紅石和板鈦礦。最近研宄發(fā)現(xiàn)T12還可以另一種晶相形式存在T12(B)。該晶相屬于單斜晶系，是一種比銳鈦礦和金紅石密度小、結(jié)構(gòu)松散的介穩(wěn)態(tài)氧化鈦同質(zhì)變體。為了最大程度上開發(fā)T12的應(yīng)用前景，對(duì)新興的晶相T12(B)的研宄正在興起。T12(B)的合成最早追溯到1980年，Marchand等人通過高溫固相燒結(jié)法合成了 T12(B) [Materials Research Bulletin, 1980，15 (8): 1129-1133]，但顆粒大小為微米級(jí)，且制備過程中需高溫煅燒。2004年，Bruce等人結(jié)合強(qiáng)堿水熱法和離子交換法得到了T12(B)納米線[Angewandte Chemie Internat1nal Edit1n, 2004，43:2286-2288]，但制備過程需使用大量強(qiáng)腐蝕性的強(qiáng)堿，并且制備過程復(fù)雜，需經(jīng)強(qiáng)堿水熱-離子交換-高溫煅燒等多步來實(shí)現(xiàn)。2010年，王訓(xùn)等人通過更簡(jiǎn)單的乙二醇溶劑熱一步法合成了 T12(B)納米片[Chemical Communicat1ns, 2010, 46:6801-6803]，但實(shí)驗(yàn)中的 TiCl4原料在空氣中強(qiáng)烈水解冒煙，具有強(qiáng)的刺激性，違背綠色化學(xué)的原則。如何找到一種簡(jiǎn)單的、綠色的制備T12(B)納米結(jié)構(gòu)的方法成為研宄T12 (B)的重要前提。并且，從T12目前應(yīng)用最廣泛的環(huán)境凈化及綠色能源領(lǐng)域來看，對(duì)納米結(jié)構(gòu)T12(B)的制備技術(shù)提出了高純度、高結(jié)晶度、高比表面積等更高的要求。然而，對(duì)于具有以上優(yōu)點(diǎn)的T12(B)納米海綿尚未見有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決傳統(tǒng)T1jB)制備方法中依賴高溫煅燒、制備復(fù)雜及產(chǎn)物弱晶化的缺點(diǎn)的技術(shù)問題，提供一種綠色簡(jiǎn)單的、快速制備高純度、高結(jié)晶度、高孔隙率的T12⑶納米海綿的制備方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0005]一種T12⑶納米海綿的制備方法，包括以下步驟:
[0006]以1g水為溶劑，加乙醇酸待完全溶解后加入鈦酸正丁酯，混合攪拌30s，置于高壓反應(yīng)釜中加熱至反應(yīng)溫度為120-180°C反應(yīng)6-18小時(shí)；所述鈦酸正丁酯、乙醇酸、水的用量按重量比為鈦酸正丁酯:乙醇酸:水=10?30:10?45:100，待反應(yīng)冷卻后將得到的白色沉淀物洗滌，離心，干燥，至于烘箱中70°C干燥6h，即得到T12(B)納米海綿。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述反應(yīng)溫度為140_160°C。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述反應(yīng)時(shí)間為8-12個(gè)小時(shí)。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述鈦酸正丁酯、乙醇酸、水的用量按重量比為鈦酸正丁酯:乙醇酸:水=10?15:35?45:100。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]本發(fā)明提供的T12(B)納米海綿的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、避免了使用遇水強(qiáng)烈水解冒煙的TiCl4原料以及具有腐蝕性的高濃度強(qiáng)堿，增加了操作的安全性。
[0013]2、合成過程中無需借助高溫煅燒即可實(shí)現(xiàn)T12 (B)高度晶化，且操作簡(jiǎn)單，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。
[0014]3、制得的T1jB)為超細(xì)且均勻的納米粒子(粒徑5?1nm)組成的海綿體，具有超高的比表面積和孔隙率，非常適宜在光催化、太陽能電池及鋰離子電池等領(lǐng)域推廣。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]圖1為實(shí)施例1所制備的T12(B)納米海綿的X射線衍射譜圖。
[0017]圖2為實(shí)施例1所制備的T1JB)納米海綿的透射電子顯微鏡照片。
[0018]圖3為實(shí)施例1所制備的T12(B)納米海綿的高分辨透射電子顯微鏡照片。
[0019]圖4為實(shí)施例2所制備的T12(B)納米海綿的X射線衍射譜圖。
[0020]圖5為實(shí)施例2所制備的T12(B)納米海綿的透射電子顯微鏡照片。
[0021]圖6為實(shí)施例2所制備的T1JB)納米海綿的高分辨透射電子顯微鏡照片。
[0022]圖7為實(shí)施例3所制備的T12(B)納米海綿的X射線衍射譜圖。
[0023]圖8為實(shí)施例3所制備的T12(B)納米海綿的透射電子顯微鏡照片。
[0024]圖9為實(shí)施例3所制備的T1JB)納米海綿的高分辨透射電子顯微鏡照片。
[0025]圖10為實(shí)施例4所制備的T12⑶納米海綿的X射線衍射譜圖。
[0026]圖11為實(shí)施例4所制備的T12(B)納米海綿的透射電子顯微鏡照片。
[0027]圖12為實(shí)施例4所制備的T1JB)納米海綿的高分辨透射電子顯微鏡照片。
[0028]圖13為實(shí)施例5所制備的T12⑶納米海綿的X射線衍射譜圖。
[0029]圖14為實(shí)施例5所制備的T12(B)納米海綿的透射電子顯微鏡照片。
[0030]圖15為實(shí)施例5所制備的T1JB)納米海綿的高分辨透射電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例1
[0032]在50ml的燒杯中，加入1g水，加入0.45g乙醇酸至完全溶解，繼續(xù)加入0.1g鈦酸正丁酯，攪拌30s，置于15ml高壓反應(yīng)釜中升溫至160°C反應(yīng)12h，反應(yīng)停止待產(chǎn)物自然冷卻，所得產(chǎn)物用水、乙醇分別洗滌、離心，最后至于烘箱中70°C干燥6h，即得到T12(B)納米海綿。
[0033]本實(shí)施例為最佳實(shí)施例。圖1?3分別為制備得到的T12 (B)納米晶的X-射線衍射圖譜、透射電子顯微鏡照片、高分辨透射電子顯微鏡照片，所得產(chǎn)物為T12(B)納米粒子組裝的海綿體，其中納米粒子粒徑為5?10nm。
[0034]實(shí)施例2
[0035]在50ml的燒杯中，加入1g水，加入0.2g乙醇酸至完全溶解，繼續(xù)加入0.1g鈦酸正丁酯，攪拌30s，置于15ml高壓反應(yīng)釜中升溫至160°C反應(yīng)12h，反應(yīng)停止待產(chǎn)物自然冷卻，所得產(chǎn)物用水、乙醇分別洗滌、離心，最后至于烘箱中70°C干燥6h，即得到T12(B)納米海綿。
[0036]與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例將鈦酸正丁酯:乙醇酸的重量比改為10:20，所得產(chǎn)物為T12(B)的納米海綿結(jié)構(gòu)。圖4為本實(shí)施例T12(B)納米海綿的X-射線衍射圖譜，圖5為其透射電子顯微鏡照片，圖6為其高分辨透射電子顯微鏡照片。由圖可見，形貌無變化，但結(jié)晶度略有降低。
[0037]實(shí)施例3
[0038]在50ml的燒杯中，加入1g水，加入0.45g乙醇酸至完全溶解，繼續(xù)加入0.1g鈦酸正丁酯，攪拌30s，置于15ml高壓反應(yīng)釜中升溫至140°C反應(yīng)12h，反應(yīng)停止待產(chǎn)物自然冷卻，所得產(chǎn)物用水、乙醇分別洗滌、離心，最后至于烘箱中70°C干燥6h，即得到T12(B)納米海綿。
[0039]與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例將反應(yīng)溫度改為140°C，所得產(chǎn)物為T12 (B)的納米海綿結(jié)構(gòu)。圖7為本實(shí)施例T12(B)納米海綿的X-射線衍射圖譜，圖8為其透射電子顯微鏡照片，圖9為其高分辨透射電子顯微鏡照片。由圖可見，形貌無變化。
[0040]實(shí)施例4
[0041]在50ml的燒杯中，加入1g水，加入0.45g乙醇酸至完全溶解，繼續(xù)加入0.1g鈦酸正丁酯，攪拌30s，置于15ml高壓反應(yīng)釜中升溫至160°C反應(yīng)6h，反應(yīng)停止待產(chǎn)物自然冷卻，所得產(chǎn)物用水、乙醇分別洗滌、離心，最后至于烘箱中70°C干燥6h，即得到T12(B)納米海綿。
[0042]與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例將反應(yīng)時(shí)間改為6h，所得產(chǎn)物為T12 (B)的納米海綿結(jié)構(gòu)。圖10為本實(shí)施例T12(B)納米海綿的X-射線衍射圖譜，圖11為其透射電子顯微鏡照片，圖12為其高分辨透射電子顯微鏡照片。由圖可見，形貌無變化，結(jié)晶度略有降低。
[0043]實(shí)施例5
[0044]在50ml的燒杯中，加入1g水，加入0.45g乙醇酸至完全溶解，繼續(xù)加入0.3g鈦酸正丁酯，攪拌30s，置于15ml高壓反應(yīng)釜中升溫至160°C反應(yīng)12h，反應(yīng)停止待產(chǎn)物自然冷卻，所得產(chǎn)物用水、乙醇分別洗滌、離心，最后至于烘箱中70°C干燥6h，即得到T12(B)納米海綿。
[0045]與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例將鈦酸正丁酯:乙醇酸的重量比改為30:45，所得產(chǎn)物為T12 (B)的納米海綿結(jié)構(gòu)。圖13為本實(shí)施例T12(B)納米海綿的X-射線衍射圖譜，圖14為其透射電子顯微鏡照片，圖15為其高分辨透射電子顯微鏡照片。由圖可見，形貌無變化。
[0046]實(shí)施例6
[0047]在50ml的燒杯中，加入1g水，加入0.1g乙醇酸至完全溶解，繼續(xù)加入0.1g鈦酸正丁酯，攪拌30s，置于15ml高壓反應(yīng)釜中升溫至180°C反應(yīng)8h，反應(yīng)停止待產(chǎn)物自然冷卻，所得產(chǎn)物用水、乙醇分別洗滌、離心，最后至于烘箱中701干燥61!，即得到1102?)納米海綿。
[0048]實(shí)施例7
[0049]在50ml的燒杯中，加入1g水，加入0.35g乙醇酸至完全溶解，繼續(xù)加入0.15g鈦酸正丁酯，攪拌30s，置于15ml高壓反應(yīng)釜中升溫至120°C反應(yīng)18h，反應(yīng)停止待產(chǎn)物自然冷卻，所得產(chǎn)物用水、乙醇分別洗滌、離心，最后至于烘箱中70°C干燥6h，即得到T12(B)納米海綿。
[0050]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種T12(B)納米海綿的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 以1g水為溶劑，加乙醇酸待完全溶解后加入鈦酸正丁酯，混合攪拌30s，置于高壓反應(yīng)釜中加熱至反應(yīng)溫度為120-180°C反應(yīng)6-18小時(shí)；所述鈦酸正丁酯、乙醇酸、水的用量按重量比為鈦酸正丁酯:乙醇酸:水=10?30:10?45:100，待反應(yīng)冷卻后將得到的白色沉淀物洗滌，離心，干燥，至于烘箱中70°C干燥6h，即得到T12(B)納米海綿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)溫度為140-160°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)時(shí)間為8-12個(gè)小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述鈦酸正丁酯、乙醇酸、水的用量按重量比為鈦酸正丁酯:乙醇酸:水=10?15:35?45:100。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種TiO2(B)納米海綿的制備方法，解決傳統(tǒng)TiO2(B)制備方法中依賴高溫煅燒、制備復(fù)雜及產(chǎn)物弱晶化的缺點(diǎn)的技術(shù)問題。該方法是：以水為溶劑，加乙醇酸后加入鈦酸正丁酯，混合攪拌后置于高壓反應(yīng)釜中加熱至反應(yīng)溫度為120-180℃反應(yīng)6-18個(gè)小時(shí)，待反應(yīng)冷卻后將得到的白色沉淀物洗滌，離心，干燥，至于烘箱中干燥，即得到TiO2(B)納米海綿。該方法避免了使用遇水強(qiáng)烈水解冒煙的TiCl4原料以及腐蝕性高濃度強(qiáng)堿，增加了操作安全性；并無需高溫煅燒，操作簡(jiǎn)單，適宜規(guī)模生產(chǎn)。制得的TiO2(B)海綿體具有超高的比表面積和孔隙率，非常適宜在光催化、太陽能電池及鋰離子電池等領(lǐng)域推廣。
【IPC分類】C01G23-053
【公開號(hào)】CN104649319
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510092187
【發(fā)明人】王長華, 奚洪民, 孫剛, 段喜鑫, 劉暢, 韓永蔚, 姜松
【申請(qǐng)人】北華大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年3月2日