锐钛矿型 TiO2 纳米线 / 带的大量制备 ( 一 ) 技术领域
本发明提供一种大量制备锐钛矿型二氧化钛 (TiO2) 纳米线 / 带的合成过程， 属于 制备纳米线 / 带的技术领域。 ( 二 ) 背景技术
在 光 电 转 换 或 光 催 化 领 域， TiO2 是 非 常 有 用 的 材 料 (O.Carp， C.L.Huisman， A.Reller， Progress in Solid State Chemistry， 2004， 32， 33)。TiO2 纳米线 / 带也是很重 要的材料， 在光电转换方面已经显示其潜在的应用价值 (Z.Y.Yuan， J.F.Colomer， B.L.Su， Chemical Physics Letters， 2002， 363， 362)， 但是， 由于已有的制备方法和合成过程难以 大量制备 TiO2 纳米线 / 带， 给实际生产带来很大的困难， 因此， 人们希望能够找到简便的制 备就可大量获得产物。我们在经过长时间的研究后发现， 对前驱物 TiO2 纳米粒子或偏钛酸 进行预处理后形成悬浊液， 就可以大量制得 TiO2 纳米线 / 带。 ( 三 ) 发明内容
本发明的目的是采用简单而方便的合成过程， 大量制备出 TiO2 纳米线 / 带。为了 大量制备这种线材， 首先需要简单地直接将前驱物 TiO2 纳米粒子或偏钛酸放入高浓度 NaOH 水溶液中形成悬浊液， 由于这种悬浊液不仅含有高含量的固态絮状物， 而且还能够较长时 间悬浮着， 这为大量制备较均匀的具有层状结构的钛酸盐纳米线 / 带提供保证。因为已经 获得大量的钛酸盐纳米线 / 带， 再在一定温度下进行简单水热处理， 就可制得大量的 TiO2 纳米线 / 带。
本发明的先在强碱性 NaOH 水溶液中预处理钛氧前驱物再经过两步水热反应大量 获得 TiO2 纳米线 / 带， 其步骤为 ：
称取适量的钛氧前驱物 TiO2 纳米粒子或偏钛酸， 将其与强碱性 NaOH 水溶液混合， 并在室温下空气中搅拌一段时间进行预处理， 首先获得含有大量钛氧前驱物絮状物的悬浊 液， 然后， 将它们放入反应釜中， 加热至 60 ～ 240℃并保持该温度条件下进行第一步水热反 应十小时至数十小时， 就可大量制得具有层状结构的钛酸盐纳米线 / 带。第二步水热反应 是将制得的钛酸盐纳米线 / 带再与少量水混合， 并置于反应釜中， 在 120 ～ 240℃下保持数 小时至数十小时， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。
所述的采用预处理过程， 是指钛氧前驱物与强碱性 NaOH 水溶液在室温下直接搅 拌混合的过程。
所述的采用反应釜进行第一步水热反应的简单制备过程， 是指预处理得到的悬浊 液直接放入反应釜中进行反应制得钛酸盐纳米线 / 带的过程。
所述的采用反应釜进行第二步水热反应的简单制备过程， 是指将制得的钛酸盐纳 米线 / 带再直接放入反应釜中进行反应制得 TiO2 纳米线 / 带。
本发明大量制备 TiO2 纳米线 / 带的制备过程， 优点在于 ： (1) 所使用的原料廉价易 得； (2) 操作简单易控制 ； (3) 大量制备层状钛酸盐纳米线 / 带和 TiO2 纳米线 / 带。附图说明
图 1 是大量制备 TiO2 纳米线 / 带的流程图。 图 2 是实施例 1 制备得到的钛酸盐纳米线 / 带和 TiO2 纳米线 / 带的扫描电镜照片。
图 3 是实施例 1 制备得到的钛酸盐纳米线 / 带和 TiO2 纳米线 / 带的 x 射线衍射 (XRD) 谱图。具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明简单地直接将前驱物 TiO2 纳米粒子或偏钛酸放入高浓度 NaOH 水溶液中形 成悬浊液， 再放入反应釜中， 就可大量制备较均匀的钛酸盐纳米线 / 带。再在一定温度下简 单水热处理钛酸盐纳米线 / 带， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。其制备步骤为 ：
称取钛氧前驱物 TiO2 纳米粒子或偏钛酸， 并与强碱性 NaOH 水溶液混合， 在室温下 搅拌一段时间， 获得含有大量钛氧前驱物絮状物的悬浊液。将它们放入反应釜中， 加热至 60 ～ 240℃， 保持该温度条件下进行水热反应十小时至数十小时， 大量制得具有层状结构 的钛酸盐纳米线 / 带。再将制得的钛酸盐纳米线 / 带再与少量水混合， 并置于反应釜中， 在 120 ～ 240℃下保持数小时至数十小时， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。具体实例如下 ：
实验例 1 ： 将 500gTiO2 纳米粒子与 10M NaOH 水溶液混合， 在室温下搅拌一天后放 入 1L 的反应釜中， 在 180℃反应 40h， 冷到室温后， 过滤， 先用稀盐酸洗， 再用水洗， 大量制得 具有层状结构的钛酸盐纳米线 / 带。再将所有的产物与少量水混合， 置于 1L 反应釜中， 在 160℃下保持十小时以上， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。
实验例 2 ： 将 500g 偏钛酸与 10M NaOH 水溶液混合， 在室温下搅拌一天后放入 1L 的 反应釜中， 在 180℃反应 40h， 冷到室温后， 过滤， 先用稀盐酸洗， 再用水洗， 大量制得具有层 状结构的钛酸盐纳米线 / 带。 再将所有的产物与少量水混合， 置于 1L 反应釜中， 在 160℃下 保持十小时以上， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。
实验例 3 ： 将 500gTiO2 纳米粒子与 5MNaOH 水溶液混合， 在室温下搅拌一天后放入 1L 的反应釜中， 在 180 ℃反应 40h， 冷到室温后， 过滤， 先用稀硫酸洗， 再用水洗， 大量制得 具有层状结构的钛酸盐纳米线 / 带。再将所有的产物与少量水混合， 置于 1L 反应釜中， 在 160℃下保持十小时以上， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。
实验例 4 ： 将 500gTiO2 纳米粒子与 10M NaOH 水溶液混合， 在室温下搅拌一天后放 入 1L 的反应釜中， 在 200℃反应 30h， 冷到室温后， 过滤， 先用稀盐酸洗， 再用水洗， 大量制得 具有层状结构的钛酸盐纳米线 / 带。再将所有的产物与少量水混合， 置于 1L 反应釜中， 在 160℃下保持十小时以上， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。
实验例 5 ： 将 500g 偏钛酸与 10M NaOH 水溶液混合， 在室温下搅拌一天后放入 1L 的 反应釜中， 在 200℃反应 30h， 冷到室温后， 过滤， 先用稀盐酸洗， 再用水洗， 大量制得具有层 状结构的钛酸盐纳米线 / 带。 再将所有的产物与少量水混合， 置于 1L 反应釜中， 在 160℃下 保持十小时以上， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。
实验例 6 ： 将 500gTiO2 纳米粒子与 10M NaOH 水溶液混合， 在室温下搅拌一天后放入 1L 的反应釜中， 在 180℃反应 40h， 冷到室温后， 过滤， 先用稀硫酸洗， 再用水洗， 大量制得 具有层状结构的钛酸盐纳米线 / 带。再将所有的产物与少量水混合， 置于 1L 反应釜中， 在 160℃下保持十小时以上， 就可大量制得 TiO2 纳米线 / 带。