一種二氧化鈦包裹納米晶材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種二氧化鈦包裹納米晶材料，以及涉及一種二氧化鈦包裹納米晶材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，對于高質(zhì)量、高性能的納米材料要求越來越高，其中通過在量子點周圍包裹其他納米材料得到的核殼結(jié)構(gòu)引起人們的廣泛關(guān)注。因為這種結(jié)構(gòu)能夠具備兩種材料的性能，極大地提高了材料的應(yīng)用范圍。
[0003]使用納米二氧化鈦材料包裹不同的納米晶，可以得到具有優(yōu)良性能的包裹材料。例如利用二氧化鈦包裹氧化錳納米晶，鋰化后能夠有效的降低鋰電池的容量衰減，增加鋰電池的穩(wěn)定性，提高電化學(xué)性能?；蛘呃枚趸伆F金屬納米晶，能夠得到高活性、低激活能量的光催化體系，大大提高了材料的光催化性能。
[0004]但是，傳統(tǒng)的微乳液包裹方法得到的二氧化鈦包裹層往往呈現(xiàn)無定形的狀態(tài)，包裹的往往是大尺寸的納米晶，并且容易產(chǎn)生團(tuán)聚的現(xiàn)象，使得制備的二氧化鈦包裹納米晶材料的電化學(xué)性能或光催化性能較差。所以現(xiàn)階段急需一種二氧化鈦包裹納米晶的新型制備方法，使得制備的材料中包裹的納米晶具有較小的尺寸，二氧化鈦包裹層具有明顯的結(jié)晶形態(tài)，并且二氧化鈦顆粒分散均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種克服上述問題的二氧化鈦包裹納米晶材料，以及一種二氧化鈦包裹納米晶材料的制備方法。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種二氧化鈦包裹納米晶材料的制備方法，所述方法包括:
[0007]步驟(I)、將1-1OOmg納米晶顆粒A加入到5_50ml溶劑B中，25°C攪拌l_5min，形成溶液C，其中，所述納米晶顆粒A為氧化錳納米晶、金納米晶或氧化銦納米晶，所述溶劑B為正己烷、甲苯、環(huán)己烷、正辛烷或三氯甲烷；
[0008]步驟(2)、將0.01-0.1ml鈦鹽化合物D緩慢加入所述溶液C中，25°C攪拌5_20h，形成溶液E，其中，所述鈦鹽化合物D為鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯或四乙胺基鈦；
[0009]步驟(3)、將0.01-0.1ml配體F和0.01-0.1ml配體G緩慢加入所述溶液E中，25 °C攪拌l-5min，形成溶液H，其中，所述配體F為油胺、油酸、十八胺、三辛基氧化膦、三辛基膦或十二胺，所述配體G為油胺、油酸、十八胺、三辛基氧化膦、三辛基膦或十二胺；
[0010]步驟(4)、將所述溶液H轉(zhuǎn)移到含有5-10ml乙醇和l_5ml去離子水的反應(yīng)釜中，升溫至100-200°C，保溫10-20h，然后降溫至25°C，得到溶液L ；
[0011 ] 步驟(5)、向所述溶液L中加入溶液I，離心清洗1-3次，每次加入的所述溶液I為5-50ml，將離心得到的固體分散到5-50ml溶劑J中，得到溶液K，其中，所述溶液I為以下物質(zhì)中的一種:水、乙醇、甲醇、異丙醇或丙酮；所述溶劑J為以下物質(zhì)中的一種:正己燒、甲苯、環(huán)己烷、正辛烷或三氯甲烷；
[0012]步驟(6)、將5-50ml溶液K作為反應(yīng)物帶回所述步驟(2)中，替換所述溶液C，重復(fù)執(zhí)行所述步驟(2)至所述步驟(5)，帶回過程重復(fù)執(zhí)行三次，得到溶液M，離心所述溶液M得到具有核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦包裹納米晶材料。
[0013]優(yōu)選地，所述納米晶顆粒A為氧化錳納米晶顆粒，所述氧化錳納米晶的用量為10mg，所述溶劑B為正己燒，所述攪拌的時間為5min。
[0014]優(yōu)選地，所述鈦鹽化合物D為鈦酸四丁酯，所述鈦酸四丁酯的用量為0.01ml，所述攪拌的時間為5h。
[0015]優(yōu)選地，所述配體F為油酸，所述油酸的用量為0.01ml，所述配體G為油胺，所述油胺的用量為0.01ml，所述攪拌的時間為5min。
[0016]優(yōu)選地，所述乙醇的用量為5ml，所述去離子水的用量為1ml，升溫至100°C，保溫時間為1h0
[0017]優(yōu)選地，所述溶液I為水，所述水的用量為5ml，離心清洗I次，所述溶液J為正己烷，所述正己烷的用量為5ml。
[0018]優(yōu)選地，所述溶液K的用量為5ml。
[0019]本發(fā)明還公開了一種二氧化鈦包裹納米晶材料，所述材料的二氧化鈦包裹層具有結(jié)晶形態(tài)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點:
[0021]本發(fā)明提供了一種二氧化鈦包裹納米晶材料及其制備方法，依據(jù)本發(fā)明的方法制備的二氧化鈦包裹納米晶材料中，包裹的納米晶具有較小的尺寸，得到的二氧化鈦包裹層具有明顯的結(jié)晶形態(tài)，二氧化鈦顆粒分散均勻。同時，本發(fā)明的制備工藝簡單，反應(yīng)條件易于控制，制備過程便于操作，整個反應(yīng)過程不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，且制備的材料為環(huán)境友好型材料。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例的一種二氧化鈦包裹納米晶材料的制備方法的流程圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例的另一種二氧化鈦包裹納米晶材料的制備方法的流程圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實施例1中所制備的二氧化鈦包裹納米晶材料的透射電子顯微鏡圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0026]下面通過實施例對本發(fā)明所述材料、制備及施工方法的實現(xiàn)流程進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明實施例提供了一種二氧化鈦包裹納米晶材料及其制備方法，參考圖1，其示出了本發(fā)明實施例的一種二氧化鈦包裹納米晶材料的制備方法的流程圖，所述方法包括以下步驟:
[0028]步驟101、將1-1OOmg納米晶顆粒A加入到5_50ml溶劑B中，25°C攪拌l_5min，形成溶液C，其中，所述納米晶顆粒A為氧化錳納米晶、金納米晶或氧化銦納米晶，所述溶劑B為正己烷、甲苯、環(huán)己烷、正辛烷或三氯甲烷。
[0029]本發(fā)明實施例中，所述步驟101發(fā)生了溶解反應(yīng)，所述納米晶顆粒A溶解到溶劑B中。C溶液包含溶劑B和溶解的納米晶顆粒A。
[0030]步驟102、將0.01-0.1ml鈦鹽化合物D緩慢加入所述溶液C中，25°C攪拌5_20h，形成溶液E，其中，所述鈦鹽化合物D為鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯或四乙胺基鈦。
[0031 ] 本發(fā)明實施例中，所述步驟102發(fā)生了分解反應(yīng)，鈦鹽化合物D分解生成了二氧化鈦。
[0032]步驟103、將0.01-0.1ml配體F和0.01-0.1ml配體G緩慢加入所述溶液E中，25 °C攪拌l-5min，形成溶液H，其中，所述配體F為油胺、油酸、十八胺、三辛基氧化膦、三辛基膦或十二胺，所述配體G為油胺、油酸、十八胺、三辛基氧化膦、三辛基膦或十二胺。
[0033]本發(fā)明實施例中，所述步驟103發(fā)生了絡(luò)合反應(yīng)，提高了納米晶表面的活性。
[0034]步驟104、將所述溶液H轉(zhuǎn)移到含有5-10ml乙醇和l_5ml去離子水的反應(yīng)釜中，升溫至100-200°C，保溫10-20h，然后降溫至25°C，得到溶液L。
[0035]本發(fā)明實施例中，所述步驟104促進(jìn)了二氧化鈦附著在納米晶的表面。
[0036]步驟105、向所述溶液L中加入5-50ml溶液I，離心清洗1-3次，將離心得到的固體分散到5-50ml溶劑J中，得到溶液K，其中，所述溶液I為水、乙醇、甲醇、異丙醇或丙酮，所述溶劑J為正己烷、甲苯、環(huán)己烷、正辛烷或三氯甲烷。
[0037]步驟106、將5_50ml溶液K作為反應(yīng)物帶回所述步驟102中，替換所述溶液C，重復(fù)執(zhí)行所述步驟102至所述步驟105，帶回過程重復(fù)執(zhí)行三次，得到溶液M，離心所述溶液M得到具有核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦包裹納米晶材料。
[0038]參考圖2，其示出了本發(fā)明實施例的另一種二氧化鈦包裹納米晶材料的制備方法的流程圖，所述方法包括以下步驟:
[0039]步驟201、將1mg氧化錳納米晶顆粒加入到5ml正己烷中，25°C攪拌5min，得到溶液C '。
[0040]步驟202、將0.0lml鈦酸四丁酯緩慢加入到所述溶液Cr中，25°C攪拌5h，形成溶液E '。
[0041]步驟203、將0.0lml油酸和0.0lml油胺緩慢加入所述溶液E '中，25°C攪拌5min，形成溶液H'。
[0042]步驟204、將所述溶液H丨轉(zhuǎn)移到含有5ml乙醇和Iml去離子水的反應(yīng)釜中，升溫至100°C，保溫10h，然后降溫至25°C，得到溶液L '。
[0043]步驟205、在所述溶液L ’中加入5ml水，離心清洗I次，將離心得到的固體分散到5ml的正己烷中，得到溶液K '。
[0044]步驟206、將5ml所述溶液K ’作為反應(yīng)物，帶回所述步驟步驟202中，替換所述溶液C '，重復(fù)執(zhí)行所述步驟步驟202至所述步驟步驟205，重復(fù)執(zhí)行三次，得到溶液Mr，離心所述溶液M丨得到具有核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦包裹納米晶材料。
[0045]相應(yīng)的，本發(fā)明實施例還提供了一種二氧化鈦包裹納米晶材料，所述材料的二氧化鈦包裹層具有結(jié)晶形態(tài)。
[0046]本發(fā)明提供了一種二氧化鈦包裹納米晶材料及其制備方法，依據(jù)本發(fā)明的方法制備的二氧化鈦包裹納米晶材料中，包裹的納米晶具有較小的尺寸，得到的二氧化鈦包裹層具有明顯的結(jié)晶形態(tài)，二氧化鈦顆粒分散均勻。同時，本發(fā)明的制備工藝簡單，反應(yīng)條件易于控制，制備過程便于操作，整個反應(yīng)過程不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，且制備的材料為環(huán)境友好型材料。
[0047]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，以下通過具體的示例說明本發(fā)明制備二氧化鈦包裹納米晶的方法。
[0048]實施例1
[0049](I)將1mg氧化猛納米晶顆粒加入到5ml正己燒中，25°C攪拌5min，得到溶液C ；
[0050](2)將0.0lml鈦酸四丁酯緩慢加入到所述溶液C中，25°C攪拌5h，形成溶液E ;
[0051](3)將0.0lml油酸和0.0lml油胺緩慢加入所述溶液E中，25°C攪拌5min，形成溶液H ；
[0052](4)將所述溶液H轉(zhuǎn)移到含有5ml乙醇和Iml去離子水的反應(yīng)釜中，升溫至100°C，保溫10h，然后降溫至25°C，得到溶液L ;
[0053](5)在所述溶液L中加入5ml /K，離心清洗I次，將得到的固體分散到5ml的正己烷中，得到溶液K ;
[0054](6)將5ml所述溶液K作為反應(yīng)物，帶回所述步驟(2)中，替換所述溶液C，重復(fù)執(zhí)行所述步驟(2)至所述步驟(5)，在第一次重復(fù)執(zhí)行過程中，步驟(5)得到溶液M1;將所述溶液M1帶回所述步驟(2)中，替換所述溶液C，重復(fù)執(zhí)行所述步驟(2)至所述步驟(5);在第二次重復(fù)執(zhí)行過程中，步驟(5)得到溶液M2;將所述溶液M2帶回所述步驟(2)中，替換所述溶液C，重復(fù)執(zhí)行所述步驟(2)至所述步驟(5);在第三次重復(fù)執(zhí)行過程中，步驟(5)得到溶液M3,將溶液M3離心過濾后，得到具有核殼結(jié)構(gòu)的二氧化鈦包裹納米晶。
[0055]參考圖3，其示出了本發(fā)明實施例1中所制備的二氧化鈦包裹納米晶材料的透射電子顯微鏡圖，由圖3可知，外層的二氧化鈦包裹層具有明顯的晶格條紋，說明該包覆層是結(jié)晶形態(tài)的，包覆的厚度約為5nm左右。核為球形的金納米晶，直徑約為7nm左右，晶格條紋明顯且與包裹層的晶格條紋