[发明专利]一种具有（001）面外表面的花状TiO2纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二氧化钛材料及其制备方法，特别涉及一种具有(001)面外表面的花状TiO₂纳米材料及其制备方法。

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形貌，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(001)面外表面的二氧化钛。

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(001)面外表面的TiO₂单晶。但这些方法使用的原料都具有较高的水解性。最近，文献[Journal of the American Chemical Society，2009，131，12868]采用采用固体氮化钛直接与HF酸进行反应，[Chemical Communications，2010，46，1664]，以及专利[CN 101660203A]等采用固体金属钛粉，与HF酸和H₂O₂的混合溶液进行反应，制备了具有(001)面外表面的TiO₂单晶。在这些方法中，制备得到的产物均为由两个截去顶角的金字塔倒扣在一起组成的十面体结构，而最近研究发现，具有分层结构的纳米材料由于其结构的独特性，为开发材料的新性能提供了重要的途径，但目前具有(001)面的花状TiO₂纳米材料至今仍未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有(001)面外表面的TiO₂纳米材料及其制备方法。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TiO₂纳米材料的直径为100nm～500nm，具有花状结构，由多个顶面为(001)面的截顶角金字塔状TiO₂纳米晶体组成。

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)量取0.05～10ml质量分数为40％的氢氟酸，与5～80ml去离子水混合；

(2)称量0.01g～1g金属Ti粉，投入到步骤(1)所得的溶液中，搅拌10分钟后；投入到有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在100℃～200℃下反应1～40h；

(3)反应完毕后，步骤(2)的反应产物用去离子水冲洗，直至所述的反应产物的PH值达到7左右；然后将所述的反应产物置于50～100℃的烘箱中烘烤5-24小时，烘干后便制得具有(001)面外表面的花状TiO₂纳米材料。

至此本发明具有(001)面外表面的花状TiO₂纳米材料制备完毕。

附图说明

图1a为本发明之实施例1所制得的具有(001)面外表面的花状TiO₂纳米材料扫描电子显微镜图；图1b为本发明之实施例1所制得的具有(001)面外表面的花状TiO₂纳米材料的X射线衍射图；