控制纳米二氧化钛形貌和晶型转变的合成方法技术

本发明专利技术涉及一种控制纳米二氧化钛形貌和晶型转变的合成方法，包括以下步骤：将氨基酸模板剂溶于氨水中，获得模板剂溶液；在搅拌下，将所述模板剂溶液加入到由蒸馏水和无水乙二胺形成的混合溶剂中，获得清亮溶液；在搅拌下，向所述清亮溶液中加入钛酸正四丁酯，继续搅拌，获得反应液；将所述反应液转入反应釜中，溶剂热反应得到沉淀物；离心收集所述沉淀物，并依次用蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水清洗，干燥，即得二氧化钛产物。本发明专利技术以常见的钛酸正四丁酯为钛源、以氨基酸为模板剂，在水和乙二胺的二元溶剂体系中，通过调节合成温度和乙二胺的比列来控制纳米二氧化钛的形貌和晶型，本发明专利技术的工艺简单，操作方便，成本低廉，无毒害无污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于二氧化钛材料的合成
，具体涉及一种。
技术介绍
纳米二氧化钛是一种重要的无机功能性材料，因其具有光催化活性好、表面活性较高，耐候性和耐腐性良好，抗紫外线能力较强、环境友好、价格相对低廉及对人体无毒性等优点，被广泛应用于涂料、医药、化妆品、催化剂、感光材料、环保工程、食品包装和功能陶瓷等领域各个领域。纳米二氧化钛有三种常见的晶型分别是锐钛矿型(anatase)、板钛矿型(brookite)和金红石(rutile)型,其中锐钛矿型和板钛矿型属于热力学不稳定晶型,它们可以通过锻烧处理转变成为稳定相的金红石型纳米二氧化钛。目前，在基础和应用领域已对纳米二氧化钛做了大量研究，已合成出了多种具有独特形貌的TiO2纳米结构，如纳米薄片、纳米棒、纳米管、纳米线、纳米小球、具有分层结构的TiO2微球以及花式纳米TiO2等。另夕卜，也发展了许多不同的方法和技术来制备二氧化钛纳米材料，如溶胶凝胶法、水热法、溶剂热法、模板法、胶束和反胶束法、化学气相沉淀法、静电纺丝法以及电沉淀法等。在溶剂热反应中可通过控制溶剂的理化性能、反应温度、反应时间、溶液pH值以及模板剂得到不同晶型、不同尺寸和不同形貌的无机材料。不同类型的胺作为溶剂常被来制备各种纳米材料，其中乙二胺已被证实具有结构定向协调分子模板(SCMT)的作用。虽然乙二胺作为SCMT已被广泛用于纳米无机材料的形貌控制中，但几乎没有报道过乙二胺对材料晶型控制的研究，尤 其是对纳米二氧化钛形貌和晶型的控制。此外，氨基酸辅助合成纳米无机材料引起广泛关注，氨基酸的酸碱以及侧链基团可与反应体系中的金属离子相互作用形成前驱体或中间体，从而有效控制纳米材料的尺寸与形貌。本专利技术使用L-半胱氨酸做模板剂，其具有的特殊结构和显著的自组装功能，可有效的协助二氧化钛的形成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，本专利技术通过控制反应温度和是否添加有机溶剂无水乙二胺来控制二氧化钛形貌和晶型的转变，本专利技术为制备纳米二氧化钛提供了一种新颖的简便方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现一种，包括以下步骤步骤一,将氨基酸模板剂溶于氨水中，获得模板剂溶液；步骤二，在缓慢搅拌下，将所述模板剂溶液加入到混合溶剂中，获得清亮溶液，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为水I 3体积份，无水乙二胺O 3体积份；步骤三,在快速搅拌下，向所述清亮溶液中加入钛酸正四丁酯，继续搅拌30min,获得反应液；步骤四，将所述反应液转入聚四氟乙烯内衬内胆不锈钢反应釜中，溶剂热反应得到沉淀物；步骤五，将所述沉淀物离心收集，并依次用蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水清洗，并于60 80°C干燥10 12小时，得二氧化钛产物。优选的，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为水I 3体积份，无水乙二胺I 3体积份；所述溶剂热反应的温度T为120°C彡T ( 170°C。优选的，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为水I 3体积份，无水乙二胺I 3体积份；所述溶剂热反应的温度T为180°C彡T ( 270°C。优选的，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为水3体积份，无水乙二胺O体积份；所述溶剂热反应的温度T为120°C彡T ( 170°C。优选的，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为水3体积份，无水乙二胺O体积份；所述溶剂热反应的温度T为180°C彡T ( 270°C。优选的，所述步骤一中，所述模板剂为L-半胱氨酸。优选的，在所述氨水中，H2O和NH3 · H2O的体积比为5/1。优选的，在所述步骤四中，所述热反应的反应时间为12 48小时。与现有技术相比，本专利技术提供的控制纳米二氧化钛形貌及其晶型转变的合成方法，采用在水和乙二胺的二元溶剂体系中，添加L-半胱氨酸模板剂的溶剂热合成方法，通过控制反应体系的反应温度和有机溶剂无水乙二胺来实现控制纳米二氧化钛的形貌和晶型转变。本专利技术的有益效果如下1.以常见的钛酸正四丁酯为钛源，采用氨基酸做模板剂的条件下制备二氧化钛，其操作方便、设备简单、成本低廉、无毒害无污染；2.通过改变反应温度和乙二胺的添加，可控制产物的形貌和晶型的转变，工艺简单且重现性好；3.本专利技术所述的二氧化钛制备方法，在低于170°C不能形成三种典型的晶型结构，得到的产物为厚度在5 20nm范围的片状钛酸盐；高于180°C能形成晶型结构，得到产物为粒径在40 70nm的短棒状颗粒，且为锐钛矿和板钛矿的混晶，170°C 180°C为温度控制相变的转变点；4. 当反应体系中不添加无水乙二胺，在反应温度低于170°C时，产物形貌不呈现片状，但形成了结晶度不高的锐钛矿结构；在反应温度高于180°C时，产物为粒径在30 50nm范围纯的球型锐钛矿。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的片状钛酸盐的低倍SEM图片。图2为本专利技术实施例1得到的片状钛酸盐的高倍SEM图片。图3为本专利技术实施例1得到的片状钛酸盐的XRD图谱。图4为本专利技术实施例2得到的片状钛酸盐的SEM图片。图5为本专利技术实施例2得到的片状钛酸盐的XRD图谱。图6为本专利技术实施例3得到的片状钛酸盐的SEM图片。图7为本专利技术实施例3得到的片状钛酸盐的XRD图谱。图8为本专利技术实施例4得到的二氧化钛的SEM图片。图9为本专利技术实施例4得到的二氧化钛的XRD图谱。图10为本专利技术实施例5得到的二氧化钛的SEM图片。图11为本专利技术实施例5得到的二氧化钛的XRD图谱。图12为本专利技术实施例6得到的二氧化钛的SEM图片。图13为本专利技术实施例6得到的二氧化钛的XRD图谱。图14为本专利技术实施例7得到的二氧化钛的SEM图片。图15为本专利技术实施例7得到的二氧化钛的XRD图谱。图16为本专利技术实施例8得到的二氧化钛的SEM图片。图17为本专利技术实施例8得到的二氧化钛的XRD图谱。图18为本专利技术实施例9得到的二氧化钛的SEM图片。图19为本专利技术实施例9得到的二氧化钛的XRD图谱。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1 :本实施例涉及一种片状钛酸盐的制备步骤(1):将2mmol L-半胱氨酸溶于IOmL氨水中(H2O和NH3 · H2O的体积比为5/1)，得模板剂溶液，现用现配；步骤⑵在缓慢磁力搅拌下，将所述模板剂溶液加入到蒸馏水和无水乙二胺的体积比为1:1的20mL混合溶液中，得清亮溶液；步骤(3):在强磁力搅拌下，向所述清亮溶液中加入3. 5mL钛酸正四丁酯，并继续搅拌30min,得反应液；步骤⑷将所述反应液转入60mL聚四氟乙烯内衬内胆不锈钢反应爸中反应,其反应温度为120°C，反应时间为24小时，得到沉淀物；步骤(5):将所述沉淀物离心收集，并依次用蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水清洗，并于60°C干燥8h，得产物。图1和图2所示为实施例1制备得到的产物的SEM图片，可见其形貌为薄片状，厚度在5 20nm，平行于c轴方向排列均匀规则；图3为实施例1得到产物的XRD图谱，由图谱可以看出此产物并未形成二氧化钛三种典型的晶型结构(金红石、锐钛矿和板钛矿)，而是以钛酸盐的形式存在。实施例2 本实施例涉及一种片状钛酸盐的制备步骤(I)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制纳米二氧化钛形貌和晶型转变的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将氨基酸模板剂溶于氨水中，获得模板剂溶液；步骤二，在缓慢搅拌下，将所述模板剂溶液加入到混合溶剂中，获得清亮溶液，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为：水1～3体积份，无水乙二胺0～3体积份；步骤三，在快速搅拌下，向所述清亮溶液中加入钛酸正四丁酯，继续搅拌30min，获得反应液；步骤四，将所述反应液转入聚四氟乙烯内衬内胆不锈钢反应釜中，溶剂热反应得到沉淀物；步骤五，将所述沉淀物离心收集，并依次用蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水清洗，并于60～80℃干燥10～12小时，得二氧化钛产物。

【技术特征摘要】
1.一种控制纳米二氧化钛形貌和晶型转变的合成方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一，将氨基酸模板剂溶于氨水中，获得模板剂溶液；步骤二，在缓慢搅拌下，将所述模板剂溶液加入到混合溶剂中，获得清亮溶液，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为水I 3体积份，无水乙二胺O 3体积份；步骤三，在快速搅拌下，向所述清亮溶液中加入钛酸正四丁酯，继续搅拌30min，获得反应液；步骤四，将所述反应液转入聚四氟乙烯内衬内胆不锈钢反应釜中，溶剂热反应得到沉淀物；步骤五，将所述沉淀物离心收集，并依次用蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水清洗，并于60 80°C干燥10 12小时，得二氧化钛产物。2.根据权利要求1所述的控制纳米二氧化钛形貌和晶型的合成方法，其特征在于，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为水I 3体积份，无水乙二胺I 3体积份；所述溶剂热反应的温度T为120°C彡T ( 170°C。3.根据权利要求1所述的控制纳米二氧化钛形貌和晶型的合成方法，其特征在于，所述混合溶剂的组分和各组分的含量为水I 3体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶玉贵，曹宁，孙忆晨，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：