本发明专利技术属于纳米材料领域，涉及一种具有分级结构纳米ＴｉＯ２的制备方法。其制备工艺流程为：以金属Ｔｉ片为基底，ＮａＯＨ为反应溶液，ＳｎＣｌ４.５Ｈ２Ｏ作为矿化剂，使用水热法制备出Ｎａ２Ｔｉ５Ｏ１１前躯体，使用ＨＣｌ溶液经过离子交换得到Ｈ２Ｔｉ５Ｏ１１，退火后得到具有分级结构的纳米ＴｉＯ２。其中ＮａＯＨ水溶液浓度为０．５－２ｍｏｌ／Ｌ，ＳｎＣｌ４.５Ｈ２Ｏ水溶液的浓度为０．０５－０．２ｍｏｌ／Ｌ，ＨＣｌ溶液浓度为０．０５－２ｍｏｌ／Ｌ，水热反应温度为１６０－２２０℃，水热反应时间为１２－６０ｈ，退火温度为４５０－７５０℃，退火时间为０．５ｈ－３．５ｈ。本发明专利技术采用水热法合成具有分级结构的纳米ＴｉＯ２，具有较高的比表面积，防止了纳米结构的二次团聚，将有利于提高材料的光催化性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料
，涉及一种具有分级结构纳米TiO2的制备方法。
技术介绍
TiO2是一种宽带隙半导体，禁带宽度为3.2 eV。纳米TiO2有着许多优良的特 性，在涂料、化妆品、卫生保健、废水处理、光、电及催化环保等方面有着广泛的应用 前景，因此对于纳米TiO2的研究和应用极其活跃。近年来，合成具有分级结构的纳米 TiO2已成为人们的研究热点。所谓分级结构是由构建基本体在不同微观层次通过自组织 的形式聚集而成的，这种方式的自组织可以有效的防止由于纳米材料表面较强的范德华 力引起的材料团聚现象，最终能够有效的利于纳米材料本身的优异性能。由于钛的醇酸盐对水的化学活性都很强，其水解和浓缩过程很难控制，而对其 水 解和浓缩过程的控制直接决定了产物形貌、尺寸以及结构的可控性，因此，合成形 貌和尺寸可控的分级结构TiO2仍然是一个大的挑战。文献已报道的TiO2分级结构还 较少，主要有(1)使用两步水解转化法合成出的由小颗粒组装而成的大颗粒球， Xia等人使用乙二醇与钛的醇盐发生络合反应后，再在含有少量水的丙酮体系中发生 水解和浓缩反应，合成出来了尺寸分布在200-500 nm的前驱体钛的醇酸盐球，经热处 理后得到 TiO2 分级结构(Jiang X, Herricks Τ, Xia Y, Monodispersed spherical colloids of titania: synthesis, characterization, and crystallization, Advanced Materials., 2003, 15(14): 1205-1209)。 (2)使用溶剂热法合成出由片状组成的花状TiO2分级结构，Zhuang等 人使用乙醇和丙醇作为溶剂，TiCl4作为钛源，经过溶剂热反应后将得到的粉体在不同高 温下煅烧分别得到了锐钛和金红石型的片状组装而成的花状TiO2分级结构(Zhu J, Wang S, Bian Z, et al, A facile synthesis of hierarchical flower-like TiO2 with enhanced photocatalytic activity, Res Chem Intermed, 2009, 35: 769-777)。 (3)使用醇解和水解相结合的方 法合成出由纳米棒组成的纳米花状结构，Wang等人使用TiCl4作为钛源，分别使用乙醇 和去离子水对其醇解和水解，通过对TiCl4、乙醇和去离子水比例的调控分别得到了不同 尺寸的纳米棒组装而成的纳米花状结构(Wang Y, Zhang L, Deng K, et al, Low temperature synthesis and photocatalytic activity of rutile TiO2 nanorod superstructures, Journal of Physical Chemistry C, 2007, 111: 2709-2714)。 (4)使用水热法合成出由菱形纳米晶组成的空 心球结构，Li等人使用水热法以草酸钛钾为钛源，在其水溶液中加入H2O2和HC1，经过 水热反应得到由菱形纳米晶组成的直径为Iym的纳米空心球结构(LiX, XiongY, LiZ, Large-scale fabrication of TiO2 hierarchical hollow spheres, Inorganic Chemistry, 2006,45 (9): 3493-3495)。综上所述，目前在Ti片基底上制备由纳米颗粒组装而成的片状分级结构TiO2还 未见报道，而这种分级结构不仅具有防止纳米颗粒团聚的优势；同时，由于其直接生长 在Ti片基底上，又可以避免纳米粉体难于收集和组装成纳米器件的难题，将有利于其在 实际中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种可制备出直接生长在Ti片基底上的具有分级结构纳米TiO2的制备方法，合成出的TiO2分级结构可避免纳米颗粒的二次团聚，具有较大的 比表面积。为达到上述目的，本专利技术所提出的制备方法具体实施方案如下所述A.以去离子水配制NaOH和SnCl4 · 5H20的混合水溶液，其中SnCl4 · 5H20作 为矿化剂，NaOH 的浓度为 0.5-2mol/L，SnCl4 · 5H20 的浓度为 0.05_0.2mol/L ；B.金属Ti片为基底，将切割尺寸为15 mmX40 mm的Ti片在氢氟酸、浓硝酸与 水体积比为1:4:5的混合酸液中浸洗30s后取出，用丙酮和去离子水冲洗干净后，室温晾 干；C.将步骤A所配置的溶液量取30ml加入水热釜中，将步骤B洗净后的Ti片基底 斜靠在此水热釜内壁上；D.将步骤C中的水热釜密封后放入烘箱中，控制反应温度160-220°C，保温 12-60h ；E.待反应完全结束后，将水热釜自然冷却至室温，取出Ti片用去离子水冲洗后， 在空气中晾干，Ti片表面得到了片状的Na2Ti5O11前躯体；F.将步骤E中晾干后的Ti放入0.05-2 mol/L的HCl溶液中，离子交换12_48h后 将Ti片取出后用去离子水冲洗，空气中晾干，在Ti片表面片状Na2Ti5O11前躯体转化为 H2Ti5O11 ；G.将步骤F中的Ti片放入烘箱中，在450-750°C退火0.5-3.5h，在Ti片基底上得 到具有分级结构的纳米TiO2。上述在Ti片基底上制备得到具有分级结构的纳米TiO2,经过XRD表征其物相 为纯的TiO2,无其它杂相存在(见图1)，组成这种分级结构的TiO2纳米颗粒的粒径为 40-60nm (见图 2)。本专利技术采用水热法与退火相结合的方法，在Ti片基底上成功制备出了由纳米颗 粒组装而成的纳米片状TiO2,这种分级结构的纳米TiO2具有较大的比表面积有效的防止 了纳米颗粒的二次团聚，使其具有较高的比表面积。附图说明图1为实施例一中制备的具有分级结构纳米TiO2的XRD图。图2为实施例一中制备的具有分级结构纳米TiO2的SEM图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明 实施例一具体步骤如下A.配制NaOH和SnCl4 · 5H20的混合水溶液，NaOH的浓度为lmol/L， SnCl4 · 5H20 的浓度为 0.lmol/L ；B.将切割成15mmX40 mm的Ti片在氢氟酸、浓硝酸与水体积比为1:4:5的混合酸液中浸洗30s后取出，用丙酮和去离子水冲洗干净后，室温晾干；C.将步骤A所配置的溶液量取30ml加入水热釜中，将步骤B洗净后的Ti片基底 斜靠在此水热釜内壁上；D.将步骤C中的水热釜密封后放入烘箱中，控制反应温度在200°C，保温48h; Ε.反应结束后，将水热釜自然冷却至室温，取出Ti片用去离子水冲洗后，在空气中晾干，Ti片表面得到了片状的Na2Ti5O11前躯体；F.将步骤E中晾干后的Ti片放入0.1mol/L的HCl溶液中，离子交换24h后将Ti片取 出后用去离子水冲洗，空气中晾干，在Ti片表面片状Na2Ti5O11前躯体转化为H2Ti5O11; G.将步骤F中的Ti片放入烘箱中，在650°C退火2.5h，在Ti片基底上得到具有 分级结构的纳米TiO2。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有分级结构纳米ＴｉＯ↓［２］的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：Ａ． 以去离子水配制ＮａＯＨ和ＳｎＣｌ↓［４］.５Ｈ↓［２］Ｏ的混合水溶液，其中ＳｎＣｌ↓［４］.５Ｈ↓［２］Ｏ作为矿化剂，ＮａＯＨ的浓度为０．５－２ｍｏｌ／Ｌ，ＳｎＣｌ↓［４］.５Ｈ↓［２］Ｏ 的浓度为０．０５－０．２ｍｏｌ／Ｌ；Ｂ． 金属Ｔｉ片为基底，将切割尺寸为１５ｍｍ×４０ ｍｍ 的Ｔｉ片在氢氟酸、浓硝酸与水体积比为１：４：５的混合酸液中浸洗３０ｓ后取出，用丙酮和去离子水冲洗干净后，室温晾干；Ｃ． 将步骤Ａ所配置的溶液量取３０ｍｌ加入水热釜中，将步骤Ｂ洗净后的Ｔｉ片基底斜靠在此水热釜内壁上；Ｄ． 将步骤Ｃ中的水热釜密封后放入烘箱中，控制反应温度１６０－２２０℃，保温１２－６０ｈ；Ｅ． 待反应完全结束后，将水热釜自然冷却至室温，取出Ｔｉ片用去离子水冲洗后，在空气中晾干，Ｔｉ片表面得到了片状的Ｎａ↓［２］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１１］ 前躯体；Ｆ． 将步骤Ｅ中晾干后的Ｔｉ片放入０．０５－２ｍｏｌ／Ｌ的ＨＣｌ溶液中，离子交换１２－４８ｈ后将Ｔｉ片取出后用去离子水冲洗，空气中晾干，在Ｔｉ片表面片状Ｎａ↓［２］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１１］前躯体转化为Ｈ↓［２］Ｔｉ↓［５］Ｏ↓［１１］；Ｇ． 将步骤Ｆ中的Ｔｉ片放入烘箱中，在４５０－７５０℃退火０．５－３．５ｈ，在Ｔｉ片基底上得到具有分级结构的纳米ＴｉＯ↓［２］。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王亚丽，杨伟光，杜青，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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