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1、(10)申请公布号 CN 103172114 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103172114 A *CN103172114A* (21)申请号 201310059740.8 (22)申请日 2013.02.21 C01G 23/053(2006.01) B82Y 40/00(2011.01) (71)申请人 李磊 地址 063100 河北省唐山市古冶区北范矾土 工房 7-3-3 (72)发明人 李磊 (54) 发明名称 一种掺杂铌的单斜晶系 TiO2的纳米纤维 (57) 摘要 一种具有优异结晶性和电导率的掺杂铌的单 斜晶系 TiO2纳米纤维， 主要是采用了合适的水热 反。
2、应温度和压力， 获得结晶性稳定、 形态可控的单 斜晶系 TiO2的纳米纤维， 其中 TiO2的纳米纤维的 纤维直径约为 70-90nm， 在 800的高温条件下仍 旧能够不转化为其他结晶相， 电导率约为 1S/m 数 量级。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103172114 A CN 103172114 A *CN103172114A* 1/1 页 2 1. 一种掺杂铌的单斜晶系 TiO2纳米纤维， 其由以下步骤制备得到 ： 首。
3、先， 选用粒度约 0.02nm、 含有 0.26-0.30wt铌的锐钛矿型 TiO2， 以及 10mol/L 的 NaOH 溶液作为反应原料， 其中配比为每 10-15g 锐钛矿型 TiO2对应为 100ml 的 NaOH 溶液 ； 第二， 将锐钛矿型 TiO2与 NaOH 溶液置入密闭的高压容器中混合并搅拌进行水热合 成反应， 其中反应的条件是在温度为 380、 压力为 25.0MPa 的条件下进行的， 反应时间为 2.5h ； 第三， 将水热合成反应产物用去离子水进行洗涤， 洗涤次数至少为 4 次 ； 第四， 将洗涤后的水热合成反应产物在 0.1mol/L 的盐酸溶液中进行离子置换反应， 。
4、其 中反应温度为 60-70， 反应时间为 1.5-2h ； 第五， 将离子置换反应产物在大气环境的条件下进行热处理最终得到铌含量为 0.13-0.16wt的掺杂铌的单斜晶系 TiO2的纳米纤维， 其中热处理温度为 420-440， 热处 理的时间为 4-4.5h。 优选的， 所述掺杂铌的单斜晶系 TiO2的铌含量为 0.15wt。 2. 根据权利要求 1 所述的一种掺杂铌的单斜晶系 TiO2纳米纤维， 其特征在于 ： 其纳米 纤维的纤维直径约 70-90nm。 权 利 要 求 书 CN 103172114 A 2 1/3 页 3 一种掺杂铌的单斜晶系 TiO2的纳米纤维 技术领域 0001 。
5、本发明涉及一种 TiO2， 特别是一种制备具有优异结晶性和电导率的掺杂铌的单斜 晶系 TiO2的纳米纤维。 背景技术 0002 二氧化钛因具有无毒、 高效、 化学稳定性好、 氧化能力强、 价格低廉等优点而在光 催化降解有机污染物的技术领域倍受青睐。TiO2常见的晶型主要有以下几种 ： 锐钛矿型 ( 正方晶系 )， 金红石型 ( 正方晶系 )， 板钛矿型 ( 斜方晶系 ) 和单斜晶系型。其中， 目前被 广泛关注和研究的锐钛矿型和金红石型。虽然锐钛矿型和金红石型的结晶性能也非常优 异， 但与之相比单斜晶系 TiO2还具有更多的优点， 例如具有优异导电性能， 从而使得单斜晶 系的 TiO2有望获得在。
6、诸如锂电池负极材料等领域中更为广泛的应用。 0003 目前最常用于制备单斜晶系 TiO2的方法主要是水热合成法、 固相反应法。固相反 应法是将锐钛矿型 TiO2与碳酸钾和碳酸钠相混合， 然后在高温加热处理， 先合成 K2Ti4O9和 Na2Ti4O9， 然后置于盐酸溶液中进行离子置换得到H-Ti-O的化合物， 在进行热处理最后得到 单斜晶系TiO2。 虽然固相反应法的制备成本低廉， 能够很方便的进行产业化生产， 然而其制 得的粒子形状通常为棒状， 产品结晶的稳定性较差。而水热合成法是将锐钛矿型 TiO2与强 碱溶液进行混合， 在 150-19O条件下反应足够的时间， 合成 K2Ti4O9和 N。
7、a2Ti4O9， 之后也是 进行热处理得到单斜晶系 TiO2。比较而言， 水热合成法不但能够在较低温度下进行合成反 应， 而且能够得到纳米纤维形态单斜晶系 TiO2， 结晶性相对更为稳定。 0004 尽管水热合成法相对于其他的方法具有相当的优势， 但其得到的单斜晶系 TiO2在 高温环境中仍然有转化为锐钛矿型 TiO2。如何能够更有效的获得稳定的单斜晶系 TiO2并 控制其结晶形貌， 是水热合成法中需要解决的技术问题。 发明内容 0005 本发明的目的即在于提供能够具有优异结晶性和电导率的掺杂铌的单斜晶系 TiO2纳米纤维。 0006 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案是 ： 0007 一。
8、种具有优异结晶性和电导率的掺杂铌的单斜晶系 TiO2纳米纤维， 其由以下步骤 制备得到 ： 0008 首先， 选用粒度约 0.02nm、 含有 0.26-0.30wt铌的锐钛矿型 TiO2， 以及 10mol/L 的 NaOH 溶液作为反应原料， 其中配比为每 10-15g 锐钛矿型 TiO2对应为 100ml 的 NaOH 溶 液 ； 0009 第二， 将锐钛矿型 TiO2与 NaOH 溶液置入密闭的高压容器中混合并搅拌进行水热 合成反应， 其中反应的条件是在温度为 380、 压力为 25.0MPa 的条件下进行的， 反应时间 为 2.5h ； 0010 第三， 将水热合成反应产物用去离子水。
9、进行洗涤， 洗涤次数至少为 4 次 ； 说 明 书 CN 103172114 A 3 2/3 页 4 0011 第四， 将洗涤后的水热合成反应产物在 0.1mol/L 的盐酸溶液中进行离子置换反 应， 其中反应温度为 60-70， 反应时间为 1.5-2h ； 0012 第五， 将离子置换反应产物在大气环境的条件下进行热处理最终得到铌含量为 0.13-0.16wt的掺杂铌的单斜晶系 TiO2的纳米纤维， 其中热处理温度为 420-440， 热处 理的时间为 4-4.5h。 0013 优选的， 所述掺杂铌的单斜晶系 TiO2的铌含量为 0.15wt。 0014 本发明的优点是 ： 采用了合适的水。
10、热反应温度和压力， 获得结晶性稳定、 形态可控 的掺杂铌的单斜晶系 TiO2的纳米纤维。 附图说明 0015 图 1 是本发明得到的掺杂铌的单斜晶系 TiO2的纳米纤维的 SEM 照片。 具体实施方式 0016 下面， 通过具体的实施例 1-3 对本发明进行详细说明。 0017 实施例 1. 0018 首先， 选用粒度约0.02nm、 含有0.26wt铌的锐钛矿型TiO2， 以及10mol/L的NaOH 溶液作为反应原料， 其中配比为每 12g 高纯锐钛矿型 TiO2对应为 100ml 的 NaOH 溶液 ； 0019 第二， 将高纯锐钛矿型 TiO2与 NaOH 溶液置入密闭的高压容器中混合。
11、并搅拌进行 水热合成反应， 其中反应的条件是在温度为 380、 压力为 25.0MPa 的条件下进行的， 反应 时间为 2.5h ； 0020 第三， 将水热合成反应产物用去离子水进行洗涤， 洗涤次数为 5 次 ； 0021 第四， 将洗涤后的水热合成反应产物在 0.1mol/L 的盐酸溶液中进行离子置换反 应， 其中反应温度为 65， 反应时间为 1.8h ； 0022 第五， 将离子置换反应产物在大气环境的条件下进行热处理最终得到掺杂铌的单 斜晶系 TiO2的纳米纤维， 其中热处理温度为 430， 热处理的时间为 4.5h。 0023 实施例 2. 0024 除了原料为含有0.28wt铌的。
12、锐钛矿型TiO2之外， 其余反应条件均与实施例1中 相同。 0025 实施例 3. 0026 除了原料为含有0.30wt铌的锐钛矿型TiO2之外， 其余反应条件均与实施例1中 相同。 0027 实施例 1-3 反应后得到的产物经 XRD 衍射测试确认均为单斜晶系 TiO2； 图 1 为 实施例 2 的 SEM 照片结果， 可以看出， 本申请制备方法得到掺杂铌的单斜晶系 TiO2具有约 70-90nm 的纤维直径， 且具有较长的纤维长度 ； 将本发明中的单斜晶系 TiO2纳米纤维在大 气环境下于 800条件下加热 5h 后， 测试的 XRD 衍射测结果仍然是单斜晶系 TiO2的结晶 相状态， 表。
13、明本申请中的单斜晶系TiO2具有极佳的结晶稳定性及热稳定性 ； 400热处理产 品以及 800热处理后的 BET 比表面积 ( 单位 m2/g) 结果列于表 1 中， 其中 1# 是采用现有 技术中 150-190条件下反应得到的单斜晶系 TiO2的测试结果， 2-4# 分别是实施例 1-3 的 测试结果， 可以看出本发明的单斜晶系 TiO2产品的 BET 比表面积远小于现有技术的产品， 说 明 书 CN 103172114 A 4 3/3 页 5 并且经过 800热处理后的稳定性也远远高出 ； 表 2 是实施例 1-3 中单斜晶系 TiO2纳米纤 维的铌含量 (wt ) ； 产品的电导率 L。
14、og 对数值 ( 单位 S/m) 测试结果列于表 3 中， 其中 0# 是锐钛矿型 TiO2的测试结果， 1# 是采用现有技术中 150-190条件下反应得到的单斜晶系 TiO2的测试结果， 2-4# 分别是实施例 1-3 的测试结果， 5# 是相同反应条件下由高纯锐钛矿 型 TiO2制备得到的不掺杂铌的单斜晶系 TiO2的测试结果， 由结果可以看出， 单斜晶系 TiO2 的电导率都远远高于锐钛矿型 TiO2， 其中掺杂了铌均高于不掺杂的。 0028 综合上面的结果可知， 在 380， 压力为 25.0MPa， 反应时间为 2.5h 条件下得到的 铌含量为0.15wt的单斜晶系TiO2纳米纤维兼具了优异的稳定性和相对较高的导电率， 具 有最好的综合性能。 0029 表 1 0030 1#2#3#4# BET(400 )37.3 7.97.87.8 BET(800 )13.2 7.37.17.0 0031 表 2 0032 2#3#4# Nb 含量0.13 0.15 0.16 0033 表 3 0034 0#1#2#3#4#5# Log()-11.0-0.10.00.1 -0.1 -1.2 说 明 书 CN 103172114 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103172114 A 6 。