[发明专利]TiO2空心结构亚微米球的溶剂热合成方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料的制备，具体涉及一种TiO₂空心结构亚微米球的溶剂热合成方法。

背景技术

二氧化钛由于其无毒、含量丰富、稳定及光活性等优点被广泛应用于光催化、太阳电池、锂离子电池等领域。随着纳米材料科学的快速发展，已经可以在微纳米尺度范围内控制TiO₂材料的尺寸和形态。到目前为止，已成功制备了各种形态的TiO₂微纳米材料，包括零维材料，如量子点、纳米团簇等，一维材料，如纳米棒、纳米线、纳米管等，二维材料，如纳米片、纳米带等。三维材料，如微纳米球，微纳米多级结构等。与常规块体材料相比，微纳米材料由于粒子尺寸小,比表面积大以及微观形态的引入，表现出一些特殊的物理、化学和力学性能。因此，对纳米材料尺寸和形态的精确控制以及性能探索成为纳米材料科学研究的热点问题。

空心微球材料是一类内部具有空心结构的微纳米材料，具有介孔结构、比表面积大、比重低、光散射效应等特点，在催化、生物医药、颜料、光子晶体、超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、气体传感器、污水处理、光电探测器等领域有重要的应用前景。目前空心微球的合成方法主要包括硬模板法、软模板法、以及一些基于柯肯达尔效应、电位置换反应、及奥斯特瓦尔德熟化的合成方法。模板法是制备微米级/纳米级无机空心微球最有效且最通用的方法，但有一些很难克服的固有缺陷。如硬模板法中，无论是用热还是化学途径除模板，过程都非常复杂且能耗高；软模板法中，空心微球的形态和单分散性很难控制。因此，发展简便有效的合成方法合成结构复杂、稳定和性能更优异的空心微球是该领域的研究重点。

水热/溶剂热技术具有反应条件温和、操作简便、产品结晶性好的优点，因此可以有效利用软化学方法来合成TiO₂空心结构微纳米材料。乙二醇二甲醚及乙酰丙酮都为常规试剂，目前已有一些合成TiO₂空心微球的报道，但采用乙二醇二甲醚及乙酰丙酮作为溶剂来合成TiO₂微纳米材料还未见报道。在本发明中，我们采用简便的一步溶剂热方法合成了形貌均匀的TiO₂空心结构亚微米球，在合成过程中无模板，无后处理，方法简便易行。

        发明内容：

       本发明的目的是提供一种TiO₂空心结构亚微米球的溶剂热合成方法。本方发明的方法操作简单，无模板，无后处理，可以在较低的温度条件下，快速大量合成TiO₂空心结构亚微米球。

 具体合成方法：将乙酰丙酮和乙二醇二甲醚按一定体积比(1:1~1:10)混合形成混合溶剂，搅拌均匀后加入钛酸四正丁酯(TBT)，然后充分搅拌将此混合溶液转移至反应釜中，160~230℃下反应6~24小时。自然冷却后，经离心、洗涤、干燥得TiO₂空心结构亚微米球。

所述的混合溶剂中乙酰丙酮与乙二醇二甲醚体积比为1:1~1:10。

所述的钛源是钛酸四正丁酯或钛酸四异丙酯。

所述的产物是二氧化钛空心结构亚微米球，亚微米球的尺寸是350~800 nm。

组成亚微米球的纳米颗粒尺寸在10~50 nm。

       本发明的有益效果为：

       与现在合成技术相比，本发明首次采用乙酰丙酮与乙二醇二甲醚这两种常规溶剂混合作为混合溶剂，通过简便的溶剂热方法制备出了空心结构TiO₂亚微米球。在合成过程中，无模板、无后处理步骤，本发明合成方法具有反应条件温和、工艺简单，可控性强、产率高且重现性好的优点。本发明合成的空心结构TiO₂亚微米球在太阳电池、锂离子电池、光催化等领域具有广泛的应用。

        附图说明：

       图1为反应12小时所得TiO₂空心结构微球的TEM照片。

图2为反应24小时所得TiO₂空心结构微球的TEM照片。

        具体实施方式：

实施例1：

将乙酰丙酮和乙二醇二甲醚按体积比1：4混合形成混合溶剂，搅拌均匀后加入2ml钛酸四正丁酯(TBT)，然后充分搅拌将此混合溶液转移至反应釜中，200℃下反应12小时。自然冷却后，经离心、洗涤、干燥得TiO₂空心结构亚微米球(图1)，微球直径450-550 nm。

实施例2：

将乙酰丙酮和乙二醇二甲醚按体积比1：4混合形成混合溶剂，搅拌均匀后加入2ml钛酸四正丁酯(TBT)，然后充分搅拌将此混合溶液转移至反应釜中，200℃下反应24小时。自然冷却后，经离心、洗涤、干燥得TiO₂空心结构亚微米球(图2)，微球直径500-600 nm。