[发明专利]一种可控制备钛的氧化物粉体的方法

说明书

本发明涉及一种可控制备钛的氧化物粉体的方法，称量钛粉和高氯酸盐，混合后置于真空密闭的石英管中，在400～1100℃下高温反应10～30小时，得到钛的氧化物粉体。本发明在反应的过程中产生了卤化物，卤化物可以作为反应的助溶剂，卤化物助溶剂的加入使得扩散加快，反应时间大大缩短，过渡金属钛的氧化物的结晶性和纯度得以保证。

技术领域

本方法属于合成制备领域，目的是通过控制投料比，低温、快速合成具有不同氧含量的钛的氧化物粉末。为研究钛的氧化物粉体的电学和磁性方面的应用提供了方便。

背景技术

钛的氧化物种类繁多，性质各异，在光伏和催化等能源领域有着广泛的应用。随着氧含量的不同，钛的氧化物的物理和化学性质各异。并且，随着钛氧比的增加，钛的氧化物的禁带宽度逐渐变窄。当钛氧比为1:1时，甚至转变为金属相。比如，黑色二氧化钛在光催化降解方面性能显著，金属相一氧化钛的导电性优良，几乎可以和纯过渡金属钛相媲美，同时，它具有很好的电催化活性。基于此，对于具有不同钛氧比的钛的氧化物的研究，研究者们有着极大的兴趣。

对于非化学计量比的氧化钛的制备，人们研制了各种各样的方法，比如双温区法、氢放电等离子体烧结等方法。但是，对于具有不同钛氧比的钛的氧化物的制备具体有以下几个方法。第一，采用过渡金属钛粉和任意晶型的二氧化钛按照目标产物化学计量比进行配料，然后在不同的温度条件下进行烧结制备钛的氧化物。因为二氧化钛化学性质比较稳定，所以通常要在比较高的温度下才能反应，并且反应时间需要足够的长才能保证最终产物的均匀性和纯度。第二，采用气-固反应的方法，采用过渡金属钛和氧气进行反应，通过控制反应器皿中氧气的量来控制目标产物的钛氧比，这种反应可以很快速的反应，但是通常氧气的量难以定量，直接导致产物中氧含量的不稳定性。第三，以储氢材料氢化钛和二氧化钛作为原料。氢化钛作为钛源，可以在比较低的温度下分解生成活性比较高的钛颗粒，能够直接和二氧化钛反应，获得最终具有不同钛氧比的钛的氧化物。但是这种方法在制备过程中产生了氢气，增加了实验的危险性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可控制备钛的氧化物粉体的方法，称量钛粉和高氯酸盐，混合后置于真空密闭的石英管中，在400～1100℃下高温反应10～30小时，得到钛的氧化物粉体。

本发明中，采用高氯酸盐作为氧源可控制备过渡金属钛的氧化物。采用高氯酸盐作为原料主要有以下几个优点。第一，在比较低的温度(400～600度)下，高氯酸盐分解成氧气和卤化物(例如，氯化物等)，氧气可以作为氧源和过渡金属反应生成金属氧化物；第二，气固反应较传统的固相反应更容易发生，反应较快，而且氧气是唯一的氧源，使得反应产物钛氧比更加可控；第三，在反应的过程中产生了卤化物，卤化物可以作为反应的助溶剂，卤化物助溶剂的加入使得扩散加快，反应时间大大缩短，过渡金属钛的氧化物的结晶性和纯度得以保证。

较佳地，根据钛粉和高氯酸盐的摩尔比在(1～24)：1，控制钛粉和高氯酸盐的摩尔比在(1～24)：1中可变，以调节所述钛的氧化物粉体中Ti/O比。较佳地，控制钛粉和高氯酸盐的摩尔比为24：1，以获得Ti₆O。较佳地，控制钛粉和高氯酸盐的摩尔比为12：1，以获得Ti₃O。较佳地，控制钛粉和高氯酸盐的摩尔比为8：1，以获得Ti₂O。较佳地，控制钛粉和高氯酸盐的摩尔比为4：1，以获得TiO。又，较佳地，将制备得到的钛的氧化物粉体在900～1100℃下淬火处理(快速冷却，其冷却速率可为100～200℃/秒)时，待温度降至室温，得到立方相TiO。较佳地，控制钛粉和高氯酸盐的摩尔比为8：3，以获得Ti₂O₃。较佳地，控制钛粉和高氯酸盐的摩尔比为16：7，以获得Ti₄O₇。在一个示例中，可控制钛粉和高氯酸盐的摩尔比为24：1，以获得Ti₆O。在本发明中，根据不同的目标产物，其高温反应的温度不同，反应时间(10～30小时)也不同。

较佳地，所述高氯酸盐选自高氯酸钾、高氯酸锂和高氯酸钠中的至少一种。