[发明专利]一种制备二氧化钛纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备，特别涉及一种二氧化钛纳米线的制备方法。

背景技术

关于一维无机纳米材料（棒、线、管）和合成及其理论研究一直是纳米无机材料研究的热点和难点。这是因为其具有一系列优秀的光电性能，而这些性能主要取决于纳米材料的粒径和形貌。

纳米二氧化钛可广泛应用于光催化、太阳能转换、延性陶瓷、传感器和介孔薄膜。作为光催化剂二氧化钛能够产生光生电子和电子空穴并迁移至晶体表面，因而可利用其氧化还原作用降解污染物。对于球型晶面，通过减少颗粒粒径可获得超高的比表面积，但是这会大大增加了光生电子/空穴的复合率，从而大大抵消了纳米二氧化钛的光催化效应。另外利用球形二氧化钛制备的光电池往往受捕获太阳光的有效面积，晶界处表面缺陷的分布和密度，纳米晶体薄膜电子渗流路径等影响,太阳能利用较低。相比较而言，线状二氧化钛纳米晶体要比球形颗粒要有明显优势。这是因为纳米线较球形颗粒具有更高的比表面积，从而提供更多的表面反应活性基点和更高的表面载流子迁移率。另外线状晶体能够增加载流子的最大位移距离，载流子可延晶体长度方向自由运动，从而减少光生电子和电子空穴的复合概率，增加电荷分离效率。二氧化钛纳米线的光电性能的研究发现水热法制备的单晶二氧化钛纳米线其金红石相和锐钛矿相具有相似的发光性能；但是二氧化钛纳米线的光电流密度和光催化效率在同条件下是其纳米颗粒/钛箔复合电极的2倍多。这些均表明二氧化钛纳米线具有其球形颗粒所不具有的独特优势。

目前，一维纳米二氧化钛晶体的制备方法主要包括溶胶-凝胶模版法、微乳液法、溶剂热法以及水热反应法。其中水热反应法制备方法及工艺最为成熟，但是需要预选制备纳米二氧化钛颗粒，然后在强碱环境下进行水热反应生成二氧化钛纳米线。显然该制备方法取决于所使用纳米二氧化钛的粒径大小和其粒径均一性以及反应条件，但这也反过来限制了二氧化钛纳米线的形貌及其均一性。同时二次反应法也会大大增加能耗,不利于低能耗和绿色生产要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种采用一步反应法制备得到具有结晶度高、线性好的二氧化钛纳米线的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为提供一种制备二氧化钛纳米线的方法，包括如下步骤：

1、以钛醇盐为前驱体，无水乙醇为溶剂，冰醋酸为pH调节剂，制备pH值为2～3的二氧化钛溶胶；

2、将质量浓度为1%～15%的端氨基超支化聚合物的乙醇溶液加入到二氧化钛溶胶中，端氨基超支化聚合物与钛醇盐的质量比为1：5～1:40；在温度为30～50℃的条件下搅拌处理1～24h，得到二氧化钛前驱溶液； 

3、加入质量浓度为10%～50%的氢氧化钠水溶液，调节二氧化钛前驱溶液的pH值为9～14，在温度为200～300℃的水热反应釜中水热反应1～48h，反应完成后将反应终液经5000～10000r/min离心处理5～30min，得到二氧化钛纳米线粗产物；

4、将得到的粗产物洗涤、离心处理，去除杂质,提纯后的产物再经500～800℃高温煅烧，得到二氧化钛纳米线。

本发明所述二氧化钛溶胶的制备方法为将钛醇盐溶于无水乙醇中，得到钛醇盐的乙醇溶液；将乙酸溶解于含水的乙醇溶液中，得到乙酸的含水乙醇溶液；搅拌条件下，将钛醇盐的乙醇溶液滴加到乙酸的含水乙醇溶液中，以冰醋酸为pH调节剂，充分搅拌1～30min，得到pH值为2～3的二氧化钛溶胶；所述的钛醇盐的乙醇溶液中，钛醇盐的质量百分比浓度为5%～30%；乙酸的含水乙醇溶液中乙酸的质量百分比为5～20%，水的质量百分比为10%～40%；钛醇盐的乙醇溶液与乙酸的含水乙醇溶液的质量比为4:5～5:5。

本发明所述的钛醇盐为钛酸四丁脂或钛酸四异丙基脂中的一种。