[发明专利]一种具有较大（001）面面积的锐钛矿TiO2单晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛材料的制备方法，特别涉及具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶的制备方法。

背景技术

二氧化钛是一种安全无毒、化学性质稳定、成本低廉的半导体氧化物，在光催化、污水处理和太阳能电池等领域有着广泛的应用。

二氧化钛的应用与其晶体结构和表面性质有着密切的联系。研究发现锐钛矿二氧化钛的(001)面具有良好的化学活性，但(001)面的表面能较高，为0.90J/m²，而具有最低表面能的(101)面的表面能仅为0.44J/m²，所以通常制备得到的二氧化钛都显示出(101)面的晶面取向，以至于较难制备出具有较大(001)面面积的二氧化钛。

文献[Nature，2008，453，638]以四氟化钛为原料，第一次制备出具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶。随后，文献[Journal of the American Chemical Society，2009，131，4078]，[Journal of the American Chemical Society，2009，131，3152]，[Nano Letters，2009，9，2455]，[Chemistry of Materials，2009，21，2601]，[Chemical Communications，2009，4381]等以四氟化钛、四氯化钛、钛酸四丁酯、四异丙醇钛等作为原料，制备出具有较大(001)面面积的TiO₂单晶。但这些方法使用的原料都具有较高的水解性，使得难以其反应过程，从而难以实现产业化。最近，文献[Journal of the American Chemical Society，2009，131，12868]，[Chemical Communications，2010，46，1664]，以及专利[CN 101660203A]等采用固体氮化钛和金属钛粉，直接与HF酸进行反应，制备了具有较大(001)面面积的TiO₂单晶。在这些方法中，制备得到的产物容易发生团聚，或者(001)面面积较小，限制了这种先进二氧化钛材料的发展和大规模使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以金属钛粉为原料，制备具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶的制备方法。本制备方法成本低廉，过程简单、可控，反应温和，充分利用反应原料，不会产生有害气体，对人体无害。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明方法的包括以下步骤：

(1)将0.01～1g钛粉、5～80ml去离子水和0.05～10ml质量分数为40％的氢氟酸，投入到有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，搅拌十分钟后，将所述的反应釜放入烘箱中，在60℃～200℃下反应1～10h；

(2)反应完毕后，取1～30ml步骤(1)所得的溶液，5～80ml去离子水和0.1～5ml质量分数为30％的双氧水，投入到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，搅拌十分钟后，将反应釜放入烘箱中，在100℃～200℃下反应1～40h；

(3)反应完毕后，产物用去离子水冲洗，直至步骤(2)所得产物的PH值达到7，然后将反应产物置于50～100℃的烘箱中烘烤5-24小时，烘干便制得所述的的锐钛矿TiO₂单晶。

至此本发明具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶材料制备完毕。

附图说明

图1a为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶的正面扫描电子显微镜图；图1b为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶的侧面扫描电子显微镜图；

图2a为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶的透射电子显微镜图；图2b为本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶的选区电子衍射图；图2c本发明之实施例1所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶的高倍透射电子显微镜图；

图3为本发明之实施例3所制得的具有较大(001)面面积的锐钛矿TiO₂单晶的扫描电子显微镜图；