[发明专利]一种二氧化钛纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种二氧化钛纳米线的制备方法。

背景技术

二氧化钛在太阳能电池、光催化、光解水、传感器、涂料、功能陶瓷、高档油漆等方面有广阔的应用。因为光生载流子能在一维纳米线结构的二氧化钛轴向进行长距离的迁移，而且更容易从内部迁移到表面，减少了空穴和电子复合的几率，可以提高其应用于光催化、光解水和太阳能电池时的效率。一维结构二氧化钛纳米线以其独特的物理化学性质以及在纳米电子和光电子纳米器件方面的巨大潜在应用前景，二氧化钛纳米线直径很细，量子化效应出现，使二氧化钛的能带宽度加大，具有更强的氧化还原能力，具有大的比表面积，较强的吸附能力，这些都有助于二氧化钛光电性能提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化钛纳米线的制备方法，首先在添加有NaCl的碱溶液中处理钛箔得到钛酸钠纳米线，然后经过离子交换和焙烧转变为二氧化钛纳米线。制备的二氧化钛纳米线直径细至3～15nm，长度为1～15μm，纯净、尺寸排列规整，结晶性好，比表面积大。通过简单的调节NaCl的浓度可以调节二氧化钛纳米线的直径。所制备的二氧化钛纳米线可以用于太阳能电池、光催化、光解水、传感器等方面。这种一维二氧化钛纳米线结构，因为光生载流子能在一维纳米结构的轴向进行长距离的迁移，而且更容易从内部迁移到表面，减少了空穴和电子复合的几率，可以提高其应用于光催化、光解水和太阳能电池时的效率。

本发明技术方案如下：

一种二氧化钛纳米线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：在去离子水中加入NaOH和作为添加剂的水溶性氯酸盐，搅拌直至完全溶解，得到反映溶液。其中NaOH的浓度为1M～10M，水溶性氯酸盐的浓度为0.1～1M。

步骤2：将步骤1所配制的反应溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，加入清洁的钛箔，然后密闭，在160～250℃下水热反应6～48小时；然后将水热反应在钛箔表面生成的钛酸钠刮下，连同分散于溶液中的钛酸钠一块过滤，去离子水洗涤，105～130℃下烘干，得到钛酸钠纳米线。

步骤3：将步骤2所得钛酸钠纳米线浸入0.1～2M的HCl溶液中0.5～10小时，然后过滤，去离子水洗涤，105～130℃下烘干，得到偏钛酸超细纳米线。

步骤4：将步骤3所得偏钛酸纳米线在300～1000℃下焙烧0.5～5小时，即得二氧化钛纳米线。

上述技术方案中，步骤1中所述水溶性氯酸盐可采用NaCl、SnCl2或KCl等。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明以钛箔为钛源，首先将钛箔置于添加有水溶性氯酸盐的NaOH溶液中进行水热反应生成钛酸钠纳米线，然后经过酸置换处理得到偏钛酸纳米线，最后将偏钛酸纳米线进行焙烧得到二氧化钛纳米线。本发明所制备的二氧化钛纳米线，直径细至3～15nm，长度为1～15μm，纯净、尺寸排列规整，结晶性好，比表面积大。通过调节水溶性氯酸盐浓度可调节二氧化钛纳米线的直径。所制备的二氧化钛纳米线可以用于在太阳能电池、光催化、光解水、传感器、纳米电子和光电子纳米器件等方面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

实施例1：在500ml去离子水中加入60g NaOH和6.5g NaCl，搅拌直至完全溶解。然后将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中，加入清洁的钛箔，密闭，在200℃下水热反应48小时。水热反应在钛箔表面生成一层白色的钛酸钠，一部分分散到溶液中。将钛箔上的钛酸钠白色物质刮下来，和溶液中的钛酸钠一块过滤，去离子水洗涤，110℃下烘干，得到钛酸钠纳米线。将钛酸纳纳米线浸入0.5M的HCl溶液中10小时，然后过滤，去离子水洗涤，105～130℃下烘干，得到偏钛酸纳米线。将偏钛酸纳米线在400℃下焙烧1小时，即得二氧化钛纳米线。电子显微镜观察其直径细，平均为6nm，评价长度为10μm，纯净，结晶性好，XRD测量结果表明氧化铬具有锐钛晶型。