[发明专利]一种超细锐钛矿相二氧化钛纳米棒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属二氧化钛纳米棒的制备领域，特别是涉及一种超细锐钛矿相二氧化钛纳米棒的制备方法。

背景技术

近年来，二氧化钛作为一种宽带半导体材料，其纳米晶由于本身具有独特的光学性能及电性能使其在光催化剂、太阳能电池、传感器和微孔薄膜等方面有着广阔的应用前景。纳米二氧化钛产品，不但可以代替二氧化钛微粉可以提高其光量子产率，而且还可被固定在多种载体上，制成二氧化钛膜。二氧化钛膜材料在实际应用中可避免纳米颗粒回收难的问题。二氧化钛膜能在紫外线的照射下发生光催化反应，用于降解污水中的有机物、杀菌和消毒，同时由于二氧化钛薄膜的超亲水性使其具有自清洁、易清洗、防雾等功能。而二氧化钛性能主要依赖于其多种物理化学性质如晶相、晶粒尺寸与分布、结晶度等。二氧化钛溶胶由于具有晶粒高度分散、比表面积大、催化活性高等优点而受到了广泛的关注，近年来有关二氧化钛溶胶的研究已有许多报道，包括溶胶的合成和溶胶改性和应用方面的研究等。用钛醇盐水解得到的无定形二氧化钛(也有称为水合二氧化钛、偏钛酸或正钛酸)为解胶原料，经过解胶可得到牛奶状的溶胶(C.J.Brinker，F.Arendse，P.Comte，M.Jirousek，F.Lenzmann，V.Shklover，M.Nanocrystalline titanium oxide electrodes forphotovoltaic applications，J.Am.Ceram.Soc.80(1997)3157)，这种方法得到的溶胶浊度大且其中的二氧化钛主要为无定形结构。用无机钛盐的水溶液水解得到无定形二氧化钛沉淀，再经过稀硝酸解胶可得到二氧化钛溶胶(高濂，张青红，孙静，郑珊，中国发明申请号00127951.3)，其中的锐钛矿相二氧化钛的结晶度有待改进。

制备二氧化钛溶胶的常用方法有很多种：溶胶-凝胶法、无定形TiO₂低温解胶法和沉淀-解胶等。溶胶-凝胶法由于工艺简单、易大面积制膜等优点成为制备二氧化钛薄膜研究的热点。但由于原料多采用有机醇盐，使制得的溶胶其中的有机物含量高，成膜后需经近高温的煅烧以提高二氧化钛的结晶度并消除其中大量的有机溶剂，从而导致其光催化等性能的下降，因而限制了其应用性。

沉淀-解胶利用钛盐生成沉淀经解胶剂加热回流得到溶胶。解胶剂主要有：有机酸、无机酸和双氧水等。要提高溶胶透明性往往需要添加一定量的表面活性剂，而表面活性剂往往会降低其光催化等性能。日本Ichinose等人首先采用钛醇盐为原料以双氧水为络合剂制备了过氧钛酸系以及薄膜(H.Icinose，M.Terasaki，H.Katsuki，Synthesis of peroxo-modifiedanatase sol from peroxo titanic acid solution，J.Ceram.Soc.Jpn.104(1996)715)，这种方法不需要添加表面活性剂，也不产生污染物，是一种“绿色”合成路线。过氧化钛酸水溶液中的杂质少，pH为中性至弱碱性。由于过氧化钛酸水溶液的干燥膜是无定形的过氧化钛水化物，可以在常温下在各种材料上形成密着结合的薄膜，然而薄膜的高致密性会影响其光催化性能。过氧钛系酸水溶液在加热处理下反应结晶成锐钛矿相二氧化钛溶胶，但因其具有优异的光催化活性，可将用于防污和抗菌为目的的产品，并实现商品化，如大气净化用透水性砖、除臭器、金属过滤器、水净化材料、光催化硅胶等。这种过氧钛酸水溶液制备二氧化钛溶胶杂质含量少的水系材料，被认为是绿色环境友好材料，具有广泛利用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超细锐钛矿相二氧化钛纳米棒的制备方法，该制备方法简单，所得溶胶不含有机稳定剂，溶胶中的二氧化钛为锐钛矿相且为棒状结构，具有较高长径比，能得到超细、棒状纳米晶二氧化钛颗粒膜。

本发明的一种超细锐钛矿相二氧化钛纳米棒的制备方法，包括：

(1)水合二氧化钛的制备

将含钛的无机物水解，得到水合二氧化钛沉淀；

(2)无定形水合二氧化钛的解胶

称取洗涤干净的湿的水合二氧化钛沉淀，用玻璃棒将其捣碎，量取双氧水，双氧水的浓度为30％-35％，双氧水过量，其质量比为水合二氧化钛沉淀中二氧化钛的3到30倍；溶解过程中温度为0～50℃，保温1～24小时，冷却后得到透明的过氧钛酸水溶液；

(3)二氧化钛纳米棒溶胶的制备