[发明专利]一种掺杂铌的单斜晶系TiO2的水热合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂，特别是一种制备具有优异结晶性和电导率的掺杂铌的单斜晶系TiO₂的水热合成方法。

背景技术

二氧化钛因具有无毒、高效、化学稳定性好、氧化能力强、价格低廉等优点而在光催化降解有机污染物的技术领域倍受青睐。TiO₂常见的晶型主要有以下几种：锐钛矿型(正方晶系)，金红石型(正方晶系)，板钛矿型(斜方晶系)和单斜晶系型。其中，目前被广泛关注和研究的锐钛矿型和金红石型。虽然锐钛矿型和金红石型的结晶性能也非常优异，但与之相比单斜晶系TiO₂还具有更多的优点，例如具有优异导电性能，从而使得单斜晶系的TiO₂有望获得在诸如锂电池负极材料等领域中更为广泛的应用。

目前最常用于制备单斜晶系TiO₂的方法主要是水热合成法、固相反应法。固相反应法是将锐钛矿型TiO₂与碳酸钾和碳酸钠相混合，然后在高温加热处理，先合成K₂Ti₄O₉和Na₂Ti₄O₉，然后置于盐酸溶液中进行离子置换得到H-Ti-O的化合物，在进行热处理最后得到单斜晶系TiO₂。虽然固相反应法的制备成本低廉，能够很方便的进行产业化生产，然而其制得的粒子形状通常为棒状，产品结晶的稳定性较差。而水热合成法是将锐钛矿型TiO₂与强碱溶液进行混合，在150-190℃条件下反应足够的时间，合成K₂Ti₄O₉和Na₂Ti₄O₉，之后也是进行热处理得到单斜晶系TiO₂。比较而言，水热合成法不但能够在较低温度下进行合成反应，而且能够得到纳米纤维形态单斜晶系TiO₂，结晶性相对更为稳定。

尽管水热合成法相对于其他的方法具有相当的优势，但其得到的单斜晶系TiO₂在高温环境中仍然有转化为锐钛矿型TiO₂。如何能够更有效的获得稳定的单斜晶系TiO₂并控制其结晶形貌，是水热合成法中需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的即在于提供能够制备具有优异结晶性和电导率的掺杂铌的单斜晶系TiO₂纳米纤维的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种掺杂铌的单斜晶系TiO₂的水热合成方法，其包括以下步骤：

首先，选用粒度约0.02nm、含有0.26-0.30wt％铌的锐钛矿型TiO₂，以及10mol/L的NaOH溶液作为反应原料，其中配比为每10-15g锐钛矿型TiO₂对应为100ml的NaOH溶液；

第二，将锐钛矿型TiO₂与NaOH溶液置入密闭的高压容器中混合并搅拌进行水热合成反应，其中反应的条件是在温度为380℃、压力为25.0MPa的条件下进行的，反应时间为2.5h；

第三，将水热合成反应产物用去离子水进行洗涤，洗涤次数至少为4次；

第四，将洗涤后的水热合成反应产物在0.1mol/L的盐酸溶液中进行离子置换反应，其中反应温度为60-70℃，反应时间为1.5-2h；

第五，将离子置换反应产物在大气环境的条件下进行热处理最终得到铌含量为0.13-0.16wt％的掺杂铌的单斜晶系TiO₂的纳米纤维，其中热处理温度为420-440℃，热处理的时间为4-4.5h。

优选的，所述掺杂铌的单斜晶系TiO₂的铌含量为0.15wt％。

本发明的优点是：采用了合适的水热反应温度和压力，获得结晶性稳定、形态可控的掺杂铌的单斜晶系TiO₂的纳米纤维。

附图说明

图1是本发明得到的掺杂铌的单斜晶系TiO₂的纳米纤维的SEM照片。

具体实施方式

下面，通过具体的实施例1-3对本发明进行详细说明。

实施例1.