一種超薄二氧化鈦納米片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化鈦材料及制備方法，尤其是一種超薄二氧化鈦納米片及其制備方法，屬于無機納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化鈦作為一種功能半導體材料，以其造價低廉、化學穩(wěn)定性優(yōu)良、催化效率高、無毒無害等優(yōu)點在能源化工、生物醫(yī)學、環(huán)境保護、涂料及化妝等領(lǐng)域具有良好的應用前景。二氧化鈦有三種晶型:金紅石、銳鈦礦和板鈦礦，其中銳鈦礦型二氧化鈦光催化性能突出，引起了研究者的極大興趣。納米二氧化鈦制備方法有氣相法、液相法和固相法。超薄二氧化鈦納米片具有較大的比表面積，具有較強的吸附能力，用于染料敏化太陽能電池光陽極時可負載較多染料分子。另外，超薄結(jié)構(gòu)使其具有高密度表面晶格缺陷以及高表面能，可直接導致光催化活性的提高。因此，超薄二氧化鈦納米片在能源和光催化領(lǐng)域具有很大的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對二氧化鈦合成過程復雜、產(chǎn)品比表面積小等特性，本發(fā)明的目的在于提供一種比表面積大的超薄二氧化鈦及納米片其制備方法，本發(fā)明工藝簡單、條件溫和。
[0004]本發(fā)明提供一種上述超薄二氧化鈦納米片的制備方法，具體步驟如下:
(1)將摩爾比為1:1.5~1:5的鈦源和濃鹽酸混合得A溶液；
(2)將聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物P123加入到無水乙醇中，攪拌均勻得到B溶液；
(3)控制鈦源與P123的質(zhì)量比在1:5~1:20之間，將B溶液和A溶液混合，攪拌均勻得到C溶液，再向其中加入乙二醇，混合后得到D溶液；
(4)將D溶液于反應釜中進行水熱反應，反應結(jié)束后，洗滌、干燥得到二氧化鈦納米片；其中，水熱反應的溫度為60-180°C，反應時間為6-36h。
[0005]上述步驟(1)中，所述的鈦源為四異丙基鈦酸酯、鈦酸四丁酯或鈦酸四乙酯中的一種或幾種。
[0006]上述步驟(2)中，聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物P123和無水乙醇的質(zhì)量比為1:10~1:20。
[0007]上述步驟(3)中，C溶液與乙二醇的體積比為1:5~1:50。
[0008]上述步驟(4)中，水熱反應的溫度為80~120°C，反應時間為12~30h。
[0009]上述步驟(4)中，用去離子水或無水乙醇進行洗滌；干燥溫度為40_150°C。
[0010]本發(fā)明還提供一種上述制備方法得到的超薄二氧化鈦納米片，其平均厚度在3~10nm之間。優(yōu)選的，其平均厚度在5~8nm之間。
[0011]本發(fā)明中，超薄二氧化鈦納米片是金紅石型或銳鈦礦型或非晶的二氧化鈦。
[0012]本發(fā)明中，超薄二氧化鈦納米片之間多數(shù)呈無序堆積狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明采用溫和的水熱法進行合成，反應溫度較低，操作簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。合成的二氧化鈦納米片厚度很小，具有大的比表面積，在光子相關(guān)的應用如染料敏化太陽能電池和光催化等領(lǐng)域有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例5的超薄二氧化鈦納米片的XRD譜圖。
[0015]圖2為實施例5的超薄二氧化鈦納米片的SEM照片。
[0016]圖3為實施例5的超薄二氧化鈦納米片的TEM照片。
[0017]圖4為實施例5的超薄二氧化鈦納米片的氮氣吸-脫附曲線(a)和孔分布曲線(b)。
【具體實施方式】
[0018]下面通過具體實例和附圖對本發(fā)明進行具體描述，但所述實例并不對本發(fā)明范圍構(gòu)成任何限制。
[0019]實施例1
在磁力攪拌下，室溫下將2.16ml四異丙基鈦酸酯(TTIP)緩慢滴加到1.24ml濃鹽酸中，得到溶液A，其中摩爾比為1 (TTIP):2 (HC1)。同樣的方法將0.4g聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物(P123)加入到7.60ml無水乙醇中，得到溶液B，其中質(zhì)量比為1 (P123): 15 (C2H50H)。A、B溶液混合攪拌均勻后加入到20ml乙二醇溶液中攪拌均勻后再移入50ml不銹鋼釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，放入160 °C烘箱中水熱反應12h，然后自然冷卻至室溫。樣品倒入離心管中用去離子水和無水乙醇分別離心洗滌3次，然后在70°C下烘干8小時。即可得到超薄二氧化鈦納米片，樣品記為A1。
[0020]實施例2-4
用與實施例1相同的方法進行實驗，改變水熱反應時間為18、24、30小時，得到的樣品為二氧化鈦納米片，樣品分別記為A2、A3、A4。通過X射線表征，隨著反應時間的增加，結(jié)晶度略有增強，并且銳鈦礦相比例增加，銳鈦礦相在染料敏化太陽能電池中具有更好的性能。
[0021]實施例5
用與實施例1相同的方法進行實驗，將TTIP與鹽酸按摩爾比1 (TTIP):4 (HC1)。得到的樣品記為Α5。掃描電鏡圖片顯示樣品是超薄二氧化鈦納米片，厚度在5nm左右(圖2)。圖1為實施例5的超薄二氧化鈦納米片的XRD譜圖。圖3為實施例5的超薄二氧化鈦納米片的TEM照片。圖4為實施例5的超薄二氧化鈦納米片的氮氣吸-脫附曲線(a)和孔分布曲線(b)。樣品比表面積為257.3 m2/g,圖4中可以看出，在樣品是多孔隙的材料，孔徑集中分布在36 nm左右。較高的空隙率有利于電解液的浸入以增加樣品與電解液間的接觸面積，從而表現(xiàn)出優(yōu)良的光電性能。
【主權(quán)項】
1.一種超薄二氧化鈦納米片的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)將摩爾比為1:1.5~1:5的鈦源和濃鹽酸混合得A溶液； (2)將聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物P123加入到無水乙醇中，攪拌均勻得到B溶液； (3)控制鈦源與P123的質(zhì)量比在1:5~1:20之間，將B溶液和A溶液混合，攪拌均勻得到C溶液，再向其中加入乙二醇，混合后得到D溶液； (4)將D溶液于反應釜中進行水熱反應，反應結(jié)束后，洗滌、干燥得到二氧化鈦納米片；其中，水熱反應的溫度為60-180°C，反應時間為6-36h。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述的鈦源為四異丙基鈦酸酯、鈦酸四丁酯或鈦酸四乙酯中的一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物P123和無水乙醇的質(zhì)量比為1:10-1:20。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，C溶液與乙二醇的體積比為1:5?1:50。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，水熱反應的溫度為80~120°C，反應時間為12~30h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，用去離子水或無水乙醇進行洗滌；干燥溫度為40-150°C。7.—種如權(quán)利要求1-6之一所述的制備方法得到的超薄二氧化鈦納米片，其特征在于，二氧化鈦納米片的平均厚度在3~10nm之間。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超薄二氧化鈦納米片，其特征在于，二氧化鈦納米片的平均厚度在5~8nm之間。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超薄二氧化鈦納米片，其特征在于，二氧化鈦納米片是金紅石型、銳鈦礦型二氧化鈦或非晶的二氧化鈦。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超薄二氧化鈦納米片及其制備方法。本發(fā)明是將鈦源、鹽酸、聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物（P123）、乙醇和乙二醇按比例配制成溶液倒入反應釜中，在60-180℃下水熱反應6-36h，反應結(jié)束后洗滌烘干，得到超薄二氧化鈦納米片。本發(fā)明制備的二氧化鈦納米片平均厚度在3~10nm之間，具有較大的比表面積且分散性良好。
【IPC分類】B82Y40/00, B82Y30/00, C01G23/053
【公開號】CN105271395
【申請?zhí)枴緾N201510656158
【發(fā)明人】王金敏, 張普濤
【申請人】上海第二工業(yè)大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月12日