[发明专利]形貌可控的过渡金属氧化物微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，尤其涉及一种单分散过渡金属氧化物微球的制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

与单独的纳米颗粒或者块体材料相比，由纳米基元组装形成的三维纳米结构被证明具有良好的性能。过渡金属氧化物由于其储量丰富，对环境友好，价格低廉等优点，已被广泛地应用于锂离子电池、超级电容器、光催化降解、气体检测等方面。普遍认为过渡金属氧化物的形貌以及其表面特性对材料的物理化学性质有重要的影响，过渡金属氧化物材料的结构对其应用有着重要的意义。近年来，合成不同形貌的过渡金属氧化物成为了人们研究的热点(J.Am.Chem.Soc.2011,133,19314)，但一些缺点仍需解决，例如：合成细小的纳米颗粒在使用时容易团聚，导致活性位点缺失，活性下降；而合成复杂结构的过渡金属氧化物往往需要复杂繁琐的操作步骤，并且产率较低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种形貌可控的过渡金属氧化物微球的制备方法，从而克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

在本发明的一实施方案之中，一种形貌可控的过渡金属氧化物微球的制备方法可以包括：取摩尔比为1：3～5：0.1的过渡金属盐与邻苯二酚类化合物在水热反应体系反应1～24h，制得过渡金属氧化物微球。

进一步的，该制备方法还可包括：在所述水热反应体系内加入形貌控制剂。

在一较佳实施方案之中，所述制备方法可以包括如下步骤：

Ⅰ、将邻苯二酚类化合物均匀分散于主要由体积比为1：4～4：1的除极性醇类溶剂之外的极性溶剂与醇类溶剂形成的混合溶剂内，形成混合溶液；

Ⅱ、将过渡金属盐以及形貌控制剂均匀分散于步骤Ⅰ所获混合溶液中，并在160～200℃反应1～24h，其中形貌控制剂与过渡金属盐的摩尔比为0：5～3：1；

Ⅲ、从步骤Ⅱ所获水热反应混合物中分离出目标产物。

进一步的，所述目标产物，即过渡金属氧化物微球的直径为0.3～3μm，尺寸均一，形貌可控。

进一步的，前述步骤Ⅲ还可包括：将分离出的目标产物清洗后，再分散于水中保存。

进一步的，所述邻苯二酚类化合物包括多巴胺、邻苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、3,4-二羟基苯丙氨酸、3,4-二羟基苯甲醛、3,4-二羟基苯乙醇、1,2,3-三羟基苯、1-羟基苯丙三唑、2,3,4-三羟基苯甲醛、α-甲基多巴、肾上腺素、去甲肾上腺素、4-甲基邻苯二酚、氨基邻苯二酚、邻苯二酚紫、1,2-二羟基苯-3,5-二磺酸钠、2,4-二羟基苯乙酮中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述过渡金属盐中包含的过渡金属元素包括钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钨(W)、银(Ag)中的任一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述极性溶剂包括水、冰醋酸、甲酸、氯仿、二氯甲烷中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述醇类溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、甘油中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

进一步的，所述形貌控制剂包括1,10-菲啰啉，十六烷基三甲基溴化铵，二乙基二硫代氨基甲酸钠，乙酰丙酮铁，十二烷基硫酸钠中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

本发明通过将过渡金属盐与邻苯二酚类化合物混合，并加入形貌控制剂，在水热反应条件下反应形成了形貌可控的过渡金属氧化物微球。其中，邻苯二酚类化合物具有强烈的吸附黏结作用，在水热条件下，过渡金属氧化物颗粒在形貌控制剂的诱导下各向异性生长，生成纳米颗粒、纳米线、纳米片等基元结构，并且在邻苯二酚类化合物的吸附黏结作用下，形成尺寸均一，形貌可控，易分散在水中的过渡金属氧化物微球。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)制备过程为水热反应，步骤简单，实验条件可控，并且所使用试剂简单易得；

(2)所制备的过渡金属氧化物微球尺寸分布均匀，形貌可调；

(3)所制备的过渡金属氧化物微球在水中分散性较好，有利用在废水中污染物降解、光催化产氢等方面的推广应用；

(4)此外，本发明还可拓展到其它功能纳米材料的三维结构制备工艺，且产率较高，易于放大反应规模。

附图说明

图1a-图1b分别是本发明实施例1中空心二氧化钛微球的扫描电镜及透射电镜照片；