一种碳化钛纳米线的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化钛纳米线的制备方法。该方法的步骤如下：1)先将无水乙醇和钛酸丁酯混合后，搅拌得到浅黄色澄清的A溶液；2)将冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合后滴加盐酸调节pH得到B溶液；3)将B溶液滴加到A溶液中，搅拌至溶液凝成胶体，晾干后得到白色二氧化钛粉末；4)将碱金属氯化物、Ni粉和碳黑混合后研磨；5)将白色粉末与研磨的碱金属氯化物、Ni粉和碳黑混合放入坩埚中，并放入封闭水平管式炉中，抽真空，充氩气；6)最后在坩埚中会生成灰黑色的碳化钛纳米线。本发明专利技术采用K‑Na氯盐辅助碳热还原VLS生长法制备TiC纳米线，工艺简单，工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物长度长，粗细均匀。

A preparation method of titanium carbide nanowires

The invention discloses a preparation method of titanium carbide nanowires. The steps of this method are as follows: 1) first mixing anhydrous ethanol and butyl titanate, stirring to get light yellow clarified A solution; 2) B solution is obtained by mixing glacial acetic acid, distilled water and anhydrous ethanol, and adding hydrochloric acid to pH to get B solution; 3) B solution is dripped into the solution of A and agitated to gel, and white titanium dioxide is obtained after drying. Powder; 4) lapping alkali metal chloride, Ni powder and carbon black; 5) mixing white powder with grinding alkali metal chloride, Ni powder and carbon black into the crucible, and placing it in a closed horizontal tube furnace, vacuumizing, charging argon gas; 6) and finally producing a black and black titanium carbide nanowire in the crucible. The invention uses the K Na chlorine salt to assist the carbon heat reduction VLS growth method to prepare the TiC nanowires. The process is simple, the process is controllable, the operation is easy, the cost is low, the length of the product is long and the thickness is uniform.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化钛纳米线的制备方法
本专利技术涉及纳米线的制备方法，尤其是涉及一种碳化钛纳米线的制备方法。
技术介绍
碳化钛（TiC）具有高熔点、高硬度、极高的热稳定性、耐高温、耐烧蚀和耐化学腐蚀等优异的性质，而且有些还具有特殊的光、电、磁、超导、热学、催化和中子吸收截面小等性能，是一种极富潜力的非氧化物高温结构材料、电子材料和催化新材料，广泛应用于制造机械切削、采矿、抗磨和高温部件以及航天防热部件、第四代核燃料载体、熔融金属坩埚、热阴极、电催化和能源存贮等领域。中南大学周科朝课题组以微晶纤维素为碳源，采用氯化物辅助碳热还原法合成了TiC晶须（HuiwenXiong,YuGuo,YuWen,YapingLv,ZhiyouLi,KechaoZhou,Large-scalesynthesisofTiCwhiskersbycarbothermalreductionwithmicrocrystallinecelluloseasthecarbonsource,JournalofCrystalGrowth,2015,431:64–71.）；浙江工业大学张文魁课题组采用生物模板法合成了TiC纳米线（XinhuiXia,JiyeZhan,YuZhong,XiuliWang,JiangpingTu,HongJinFan,Single-crystalline,metallicTiCnanowiresforhighlyrobustandwide-temperatureelectrochemicalenergystorage,Small，201713(5)，1602742.）；西北工业大学的袁晓燕课题组在ZrSiO4基底上制备TiC纳米线（YuanX,ChengL,ZhangL.SynthesisofTiCnanowiresonporousZrSiO4,substrateandtheirfieldemissionproperties[J].Vacuum,2014,99(1):294-297.）；济南大学的王艳和张忠华申请专利，用金属镍和钛融成合金液，再置于石墨坩埚中形成Ti-Ni-C合金，经电化学萃取法制备TiC纳米线（王艳,张忠华.一种碳化钛纳米线的制备方法:中国.101708846A.2010-05-19.）；目前制备TiC纳米线的方法有碳热还原法、模板法、熔盐法和化学气相沉积法等。这些方法都能有效制备TiC纳米线，但碳纳米管模板法及熔盐法制备的TiC纳米线产量少，长度短。含有大量的碳化物颗粒，且杂质较多，难以宏量制备；常见的CVD法制备碳化物纳米线温度较低，质量较高，但产物通常是沉积在石墨片基底表面上，无法实现大量的工程化制备。目前，碳热还原法是制备TiC纳米线最为常用的方法，其合成工艺条件相对可控，可以通过改变不同的工艺参数控制纳米线的形貌结构等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用碳热还原法，以碳黑为碳源，以液态钛酸丁酯为钛源，镍为催化剂，碱金属氯化物为辅助物质的碳化钛纳米线的制备方法。本专利技术采用的技术方案的步骤如下：步骤1)先将无水乙醇和钛酸丁酯混合后，由磁力搅拌器搅拌，得到浅黄色澄清的A溶液其中无水乙醇与钛酸丁酯的体积比为2~5:1；步骤2)将冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合后搅拌，滴加1~2滴盐酸调节pH1~3，得到B溶液，其中冰醋酸：蒸馏水：无水乙醇的体积比例为1:2~4:6~12；步骤3)将B溶液滴加到A溶液中，一边滴加一边搅拌，至溶液凝成胶体，将胶体置于开放环境中晾干，得到白色二氧化钛粉末；步骤4)将碱金属氯化物、0.1~0.3gNi粉和碳黑混合后进行研磨，其中碳黑与Ti的摩尔比为2~5:1；步骤5)将白色粉末与研磨混合的碳黑、Ni粉和碱金属氯化物混合后放入坩埚中，并放入封闭水平管式炉中，然后把水平管式炉膛抽真空，抽完后充入氩气使压强到0~0.2MPa，重复1~2次；步骤6)反应温度为1250~1400℃，保温时间为2~5h，反应过程中要控制压强处于相对稳定状态，降温速率为1~2℃/min，最后在坩埚中会生成灰黑色物质，即为碳化钛纳米线。作为优选，步骤1)中所述无水乙醇与钛酸丁酯的体积比为3:1。作为优选，步骤2)中所述冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇的体积比例1:2.5:7.5作为优选，步骤4)中碳黑与Ti的摩尔比为4:1。作为优选，步骤4)中所述碱金属氯化物为NaCl、KCl或NaCl和KCl的混合物，KCl和NaCl以1:1比例混合做为前驱辅助物质；Cl与Ti的摩尔比为1:3。步骤5)中所述要使反应在封闭体系中进行。作为优选，步骤6)中所述反应温度为1350℃；保温时间为4h；压强要稳定保持在0.1~0.2之间；降温速率为1.5℃/min。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术采用K-Na氯盐辅助碳热还原VLS生长法制备TiC纳米线，工艺简单，工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物长度长，粗细均匀。附图说明图1是用本专利技术方法制得的TiC纳米线的扫描电镜（SEM）照片。图2是用本专利技术方法制得的TiC纳米线的X射线衍射（XRD）谱图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1将30mL无水乙醇和10mL钛酸丁酯混合后由磁力搅拌器搅拌，得到浅黄色的澄清溶液A溶液。其中无水乙醇与钛酸丁酯的体积比为3:1；将4mL冰醋酸、10mL蒸馏水和30mL无水乙醇混合后搅拌，滴加1~2滴盐酸调节pH为2.5，得到B溶液。其中冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇的体积比例为1:2.5:7.5。将B溶液滴加到A溶液中，一边滴加一边搅拌，至溶液凝成胶体。将胶体置于开放环境中晾干。得到白色二氧化钛粉末。将0.272gNaCl和0.346gKCl碱金属氯化物、0.25gNi粉和1.344g碳黑混合后进行研磨，其中碳黑与Ti的摩尔比为4:1，Cl与Ti的摩尔比为1:3。将白色粉末与研磨混合的碳黑、Ni粉和碱金属氯化物混合后放入坩埚中，将坩埚放入封闭的水平管式炉中，然后把水平管式炉膛抽真空，抽完后充入氩气使压强到0~0.2MPa，重复1~2次。设置管式炉程序升高温度至1350℃，保温时间为3h，整个反应过程中要控制压强处于0.1~0.2MPa的相对稳定状态，降温速率为1.5℃/min。最后将坩埚中的灰黑色物质置于扫描电镜下如图1所示，可以看到有较多较长TiC纳米线生成，要获得纯净的TiC纳米线还需要进一步的提纯。图2的XRD衍射谱图证实产物中有TiC纳米线，但由于未进行进一步提纯，其中还存在一些催化剂Ni，及未反应的碳黑和TiO2。所得的TiC的XRD图谱与参照的TiC标准衍射卡片（PDF#01-1222）相符。实施例2将20mL无水乙醇和10mL钛酸丁酯混合后由磁力搅拌器搅拌，得到浅黄色的澄清溶液A溶液。其中无水乙醇与钛酸丁酯的体积比为2:1；将4mL冰醋酸、10mL蒸馏水和30mL无水乙醇混合后搅拌，滴加1~2滴盐酸调节pH为2，得到B溶液。其中冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇的体积比例为1:2.5:7.5。将B溶液滴加到A溶液中，一边滴加一边搅拌，至溶液凝成胶体。将胶体置于开放环境中晾干。得到白色二氧化钛粉末。将0.272gNaCl和0.346gKCl碱金属氯化物、0.2gNi粉和1.344g碳黑混合后进行研磨，其中碳黑与Ti的摩尔比为4:1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化钛纳米线的制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：步骤1)先将无水乙醇和钛酸丁酯混合后，由磁力搅拌器搅拌，得到浅黄色澄清的A溶液其中无水乙醇与钛酸丁酯的体积比为2~5:1；步骤2)将冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合后搅拌，滴加1~2滴盐酸调节pH1~3，得到B溶液，其中冰醋酸：蒸馏水：无水乙醇的体积比例为1:2~4:6~12；步骤3)将B溶液滴加到A溶液中，一边滴加一边搅拌，至溶液凝成胶体，将胶体置于开放环境中晾干，得到白色二氧化钛粉末；步骤4)将碱金属氯化物、0.1~0.3gNi粉和碳黑混合后进行研磨，其中碳黑与Ti的摩尔比为2~5:1；步骤5)将白色粉末与研磨混合的碳黑、Ni粉和碱金属氯化物混合后放入坩埚中，并放入封闭水平管式炉中，然后把水平管式炉膛抽真空，抽完后充入氩气使压强到0~0.2MPa，重复1~2次；步骤6)反应温度为1250~1400℃，保温时间为2~5h，反应过程中要控制压强处于相对稳定状态，降温速率为1~2℃/min，最后在坩埚中会生成灰黑色物质，即为碳化钛纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种碳化钛纳米线的制备方法，其特征在于，该方法的步骤如下：步骤1)先将无水乙醇和钛酸丁酯混合后，由磁力搅拌器搅拌，得到浅黄色澄清的A溶液其中无水乙醇与钛酸丁酯的体积比为2~5:1；步骤2)将冰醋酸、蒸馏水和无水乙醇混合后搅拌，滴加1~2滴盐酸调节pH1~3，得到B溶液，其中冰醋酸：蒸馏水：无水乙醇的体积比例为1:2~4:6~12；步骤3)将B溶液滴加到A溶液中，一边滴加一边搅拌，至溶液凝成胶体，将胶体置于开放环境中晾干，得到白色二氧化钛粉末；步骤4)将碱金属氯化物、0.1~0.3gNi粉和碳黑混合后进行研磨，其中碳黑与Ti的摩尔比为2~5:1；步骤5)将白色粉末与研磨混合的碳黑、Ni粉和碱金属氯化物混合后放入坩埚中，并放入封闭水平管式炉中，然后把水平管式炉膛抽真空，抽完后充入氩气使压强到0~0.2MPa，重复1~2次；步骤6)反应温度为1250~1400℃，保温时间为2~5h，反应过程中要控制压强处于相对稳定状态，降温速率为1~2℃/min，最后在坩埚中会生...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晓淳，陈建军，欧国松，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33