[发明专利]纳米尺寸二氧化钛颗粒的合成方法

说明书

本申请要求于2004年10月14日提交的题为“纳米尺寸TiO₂粉末的合成”的美国临时申请第60/618781号的优先权。

技术领域

本发明是平均粒度小于150纳米的球形和针形二氧化钛(TiO₂)、掺杂金属的TiO₂和金属涂布的TiO₂颗粒的合成方法。

背景技术

二氧化钛是能够用于许多领域的材料，例如油漆、塑料、化妆品、油墨、纸张、化学纤维和光学催化剂。目前在全世界范围内，使用硫酸盐和氯化物方法来生产TiO₂，但是在需要超微特征的领域中使用该方法却存在问题，因为该方法制得的是不具有高纯度的较大粒度(亚微米级)的颗粒。

随着各种应用中对纳米尺寸TiO₂的需要的增加，在该领域中已经进行了许多研究。但是，由于目前使用的复杂的生产工艺而导致价格昂贵，纳米尺寸的TiO₂没有得到广泛应用。

为了解决该问题，需要开发一种生产方法，可以在简化了的纳米尺寸纯TiO₂、掺杂金属的TiO₂和金属涂布的TiO₂的生产方法中通过提高生产效率来降低纳米尺寸TiO₂的生产成本。

发明概述

本发明是平均粒度小于150纳米的球形和针形TiO₂、掺杂金属的TiO₂、金属涂布的TiO₂颗粒的合成方法。本发明的方法是合成Ti(OH)₄、掺杂金属的Ti(OH)₄或金属涂布的Ti(OH)₄，然后在高于100℃的温度下施加等于或超过饱和蒸气压的压力使上述物质反应。该压力通过在封闭反应器内部反应过程中产生的水蒸气的压力、从外部施加的压力、或者这两种方式的组合来实现。用于从外部提高压力的气体优选是Ar和N₂之类的惰性气体，但是不限于惰性气体。

根据以下结合附图对优选实施方式的详细说明和所附权利要求可以更好地理解本发明的这些和其它特征、目标和优点。

附图简要说明

图1(a)-(b)涉及通过实施例1所述的方法制得的TiO₂粉末。图1(a)是FESEM显微照片。图1(b)是XRD图谱。

图2(a)-(e)涉及通过实施例2所述的方法制得的掺杂Ag的TiO₂粉末。图2(a)是FESEM显微照片。图2(b)是XRD图谱。图2(c)是XPS全谱扫描。图2(d)是对银峰的XPS窄谱扫描(narrow scan)。图2(e)是紫外可见吸收光谱。

图3(a)-(c)涉及通过实施例3所述的方法制得的掺杂Cr的TiO₂粉末。图3(a)是FESEM显微照片。图3(b)是XRD图谱。图3(c)是EDS分析。

图4(a)-(d)涉及通过实施例4所述的方法制得的Ag涂布的TiO₂粉末。图4(a)是FESEM显微照片。图4(b)是XRD图谱。图4(c)是XPS全谱扫描。图4(d)是XPS窄谱扫描。

本发明的最佳实施方式

参考图1-4，本发明优选实施方式的描述如下。

本发明的目的是开发一种方法，该方法能够合成初级颗粒粒度小于150纳米的大量纯TiO₂、掺杂金属的TiO₂和金属涂布的TiO₂。该方法首先合成溶液、浆料、饼块或干燥粉末形式的Ti(OH)₄、掺杂金属的Ti(OH)₄或金属涂布的Ti(OH)₄，然后将上述物质中的一种放入封闭的反应器中。在封闭的反应器中，通过在高于100℃的温度和等于或大于水饱和蒸气压的压力下进行热处理而分别由Ti(OH)₄、掺杂金属的Ti(OH)₄或金属涂布的Ti(OH)₄合成晶体TiO₂、掺杂金属的TiO₂或金属涂布的TiO₂。封闭的反应器中的压力通过反应器内部产生的水蒸气压、从反应器外部施加的水蒸气压、从反应器外部供应的气体、或它们的组合来实现。