[发明专利]一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛纳米微粒的制备方法，具体地说是通过化学溶液法来制备新型金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒及其金属掺杂金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒的制备方法。

背景技术

现有二氧化钛纳米微粒的合成方法，即日本ICHINOSE的制备方法，是将钛金属或钛化合物溶解在双氧水中生成钛过氧化金属络合物聚合物，然后加碱沉淀为钛氢氧化物，最后将沉淀在100℃加热干燥生成过氧化物修饰的锐钛矿型二氧化钛纳米微粒。

日本ICHINOSE的制备方法，是首先将钛的前驱体变成钛的氢氧化物之后再加入双氧水生成钛过氧化金属络合物的聚合物，再进一步的煮沸干燥而得到锐钛矿型的二氧化钛纳米微粒。现有二氧化钛纳米微粒的制备方法不论从公开的专利还是从论文报道来看，都没有粒径和形貌调控的议论，可以推测其对粒径和形貌的调控是困难的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，且所得的纳米微粒的粒径和形貌可以调节。本发明制备的二氧化钛纳米微粒既可用于光催化材料又可用于负载型催化剂的载体。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明是将钛的前驱体溶解在特殊的有机溶剂中，再加入双氧水，然后水浴煮沸4小时以上，加热干燥而得到金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒。

一种复合二氧化钛纳米微粒的制备方法，

1)将特殊的钛金属络合物前驱体溶解在特殊的有机溶剂中，形成溶液；

所述钛金属络合物为异丙醇钛、2-甲基丙醇钛、四异丙醇钛或四甲醇钛等在有机溶剂中可溶性的含钛化合物；

所述有机溶剂为二乙二醇单乙醚、乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、对苯二甲醚、间苯二甲醚或乙二醇苯醚等醇醚类试剂；

钛金属络合物溶于有机溶剂中的重量体积浓度为0.15-3g/ml；水浴煮沸时间≥4小时；加热干燥温度100-120℃，时间12-24小时。

2)向上述溶液中加入双氧水，然后水浴煮沸反应、反应后加热干燥而得到金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒。

水浴煮沸反应后加入贵金属铂催化剂，催化分解除去过量的双氧水，然后再加热干燥而得到金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒；所述双氧水的浓度为5-90％(体积比)，其与步骤1)所得溶液的用量体积比为3-30。

所述步骤1)溶液中还可添加有元素M，M为V，Fe，Ni，Mo，W，Nb，Ta，Sn，Sb或Bi，其掺杂量为M/Ti摩尔比为0.001-0.1；元素M是以其一种能在有机溶剂中溶解的化合物形式添加于步骤1)溶液中的，如含有元素M的可溶性盐，如：乙酰丙酮及其衍生物的M络合物、乙二胺四乙酸及其关联的M络合物等。

在加热干燥得到金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒后可对其进行进一步的热处理，热处理温度为≥150℃和时间为≥1小时。

本发明与现有制备方法对比具有如下特点：

本发明既便是使用钛金属的粉末也可合成金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒及其金属掺杂金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒。

通过本发明使用至少含有氧和氢元素其中一种元素的钛的前驱体也可合成新型金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒及其金属掺杂金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒。

本发明与日本ICHINOSE制备方法的共同点是通过加入双氧水，将钛的前驱体变成钛过氧化金属络合物的聚合物。然后将这个钛过氧化金属络合物的聚合物在100℃左右煮沸干燥而得到二氧化钛纳米微粒。

本发明与现有技术的不同之处在于：

1)本发明是将钛的前驱体溶解在有机溶剂中，通过加入双氧水煮沸而直接得到钛过氧化金属络合物的聚合物。之后，加入贵金属铂催化剂，催化分解除去过量的双氧水，然后煮沸干燥得到金红石/锐钛矿型的复合二氧化钛纳米微粒。也就是说，本发明直接得到的是金红石/锐钛矿型二氧化钛纳米微粒的复合相，而非纯的锐钛矿型二氧化钛纳米微粒；而现有的制备方法只能得到锐钛矿型二氧化钛纳米微粒。

再者，本发明通过加入其它金属的前驱体还可制备金属掺杂金红石/锐钛矿型复合二氧化钛纳米微粒。而在光催化研究中，通过金属掺杂，比如说已知的铁、钨、铋等的掺杂，可使二氧化钛纳米微粒对可见光具有应答性，从而提高其光催化效率，实现对太阳能的有效利用。

2)同时，本发明通过调节有机溶剂的体积和金属的掺杂量就可实现制御复合二氧化钛纳米微粒的粒径和形貌，达到一般制备方法难以实现的对微粒进行纳米级调控的要求。