[发明专利]一种锐钛矿型TiO2纳米管的溶剂热制备方法

说明书

技术领域

属于纳米材料领域，涉及一种锐钛矿型TiO₂纳米管的溶剂热制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC) 与晶体半导体太阳电池相比，因其具有成本低廉、环境友好、制作工艺简单等优点，而受到了研究者的广泛关注。TiO₂作为染料敏化太阳能电池光阳极的理想材料，其微观形貌对电池的光电转换效率有着重要的影响作用。TiO₂纳米管具有较大的比表面积和高速的电子传输通道，将其作为染料敏化太阳能电池的光阳极有利于提高电池的光电转换效率。

目前，文献已报道的TiO₂纳米管的制备方法主要有阳极氧化法，水热法和模板法。阳极氧化法是采用电化学方法，以高纯度的Ti片作为工作阳极，在含氟电解质溶液经过阳极氧化后得到TiO₂纳米管。例如，万斌等以纯Ti片为阳极，Pt片为对电极， 电解液采用0.5wt % HF和1 mol/L (NH₄)H₂PO₃溶液，在20V阳极氧化15 h后，在500 ℃的空气气氛下退火1 h得到锐钛矿结构为主的TiO₂纳米管薄膜。（万斌,等，阳极氧化制备TiO₂ 纳米管及其光催化性能，化学学报，2008，,6(11):1301-1306）。水热法是利用水作为反应介质，通常是将TiO₂（P25型）与高浓度的NaOH溶液（10 mol/L）混合均匀进行水热反应，再经过酸洗和高温煅烧得到TiO₂纳米管。例如，Yu等将0.5 g的TiO₂纳米颗粒加入到18 mL 10 mol×L^-1的NaOH溶液中，磁力搅拌30 min后将其转入25 mL的水热釜中进行水热反应，在110 ℃反应20 h，反应得到的白色沉淀用0.1 mol/L的HCl洗涤数次以去除Na⁺，最后使用去离子水将沉淀洗涤数次后在空气中70 ℃干燥。（Y. Yu, P. Zhang, L. Guo, et al, The Design of TiO₂ Nanostructures (Nanoparticle, Nanotube, and Nanosheet) and Their Photocatalytic Activity[J], J. Phys. Chem. C, 2014, 118: 12727-12733）。模板法是使用阳极氧化铝（AAO）等作为模板，再通过溶胶-凝胶、液相或者气相沉积等方法得到TiO₂纳米管。例如，王金淑等将制得的AAO模板浸渍在浓度为0.1 mol×L^-1的1 L (NH₄)₂TiF₆溶液中，在40℃下恒温沉积10 min后将AAO模板置于空气中干燥30 min，最后在400℃下热处理4 h得到TiO₂纳米管。（崔云涛，王金淑，李洪义，等，AAO模板对液相沉积TiO2纳米阵列结构的影响，无机化学学报，2009, 25(7): 1274-1278）。

综上所述，目前所使用的方法都存在各自的不足之处，例如，阳极氧化法需要高纯度Ti片成本较高，并且该方法不易于大面积制备；水热法则需要使用高浓度的碱溶液，且需要多步处理才能得到TiO₂纳米管；模板法在去除模板的过程中容易使TiO₂纳米管被污染，且去除的过程会导致纳米管结构的坍塌。因此，成本低廉，合成过程简单，不需要使用高浓度强碱溶液的方法还有待于进一步开发。本发明所使用的溶剂热法制备锐钛矿型TiO₂纳米管还未见报道，并且与阳极氧化法、水热法和模板法相比，合成步骤简单，成本较低，不需使用强碱溶液，易于大规模合成，具有实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种锐钛矿型TiO₂纳米管的溶剂热制备方法，本方法合成步骤简单，成本较低，不使用强碱溶液，适合大规模合成。

为达到上述目的，本发明所提出的制备方法具体实施方案如下所述：

a.       量取10-50ml冰乙酸加入烧杯中后，再称量1-5g F127（嵌段共聚物，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯）倒入冰乙酸中，搅拌至澄清；

b.   称取50-150 mgTiF₄于步骤A中的烧杯中，继续搅拌至澄清；