[发明专利]一种二氧化钛多孔纳米线及其制备方法

说明书

本发明提供了一种二氧化钛多孔纳米线及其制备方法。该方法包括以下步骤：将钛源分散于含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成透明溶液A；将透明溶液A进行加热反应获得纳米线状结构前驱物B；将纳米线状结构前驱物B分离后，经低温退火处理获得纳米线状结构前驱物C；将纳米线状结构前驱物C分散于酸溶液中进行氢离子交换，得到纳米线状结构前驱物D；将纳米线状结构前驱物D经高温退火处理获得多孔纳米线状结构二氧化钛产物E，即二氧化钛多孔纳米线。本发明还提供了上述方法制备的二氧化钛多孔纳米线。该二氧化钛纳米线具有多孔结构，可大大增加纳米线结构的比表面积，提升材料在电池电极、催化、光催化、传感、太阳能电池、亲疏水、生物等领域的应用效果。

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛多孔纳米线及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

二氧化钛由于在光解水、催化、光催化、锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池、染料敏化太阳能电池和传感器等领域具有广阔的应用前景，是材料领域研究的热点。

二氧化钛的应用性能与其形貌结构密切相关。例如，相比于单晶二氧化钛纳米颗粒而言，一维二氧化钛纳米材料可以减少颗粒间的晶界，有利于载流子在长轴方向上的输运，具有以下一些特点：(1)该纳米尺度下，二氧化钛比表面积和活性位点会急剧增加，可大大加速其表面反应及其和媒介的相互作用；(2)在光催化领域，有利于光生电子-空穴对在长轴方向上自由迁移，减少电子空穴的复合几率，提高光催化效率；(3)在电池电极材料领域，长轴有利于电子的有效迁移，短轴有利于锂、钠或钾离子的快速嵌入与嵌出过程，相比于纳米颗粒而言，一维结构具有较好的充放电性能；(4)在染料敏化太阳能电池领域，一维纳米结构可以大大减少颗粒间的晶界，有利于电子在光阳极上的传输，大大提高电池的效率；(5)一维纳米结构具有较大的比表面积，同时单根纳米线还具有较大的质量，在光催化反应后极易自沉降进行分离，提高材料的重复再利用效果。

多孔二氧化钛材料具有大的比表面积、高的孔隙率，使其在应用方面具有许多优异的特性。然而，目前报道的多孔二氧化钛材料为颗粒状，如多孔球、多孔纳米介晶颗粒等，具有较多的晶界，易成为光生电子-空穴的复合中心。

因此，将一维结构与多孔结构结合制备具有一维多孔纳米线结构的二氧化钛纳米材料，在大大提高材料比表面积的同时减少颗粒间的晶界，解决电子-空穴易于复合的难题以及提升电子在长轴方向的有效输运是本领域亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种二氧化钛多孔纳米线的制备方法，该方法制备得到的二氧化钛纳米线具有多孔结构，可大大增加纳米线结构的比表面积，提升材料在电池电极、催化、光催化、传感、太阳能电池、亲疏水、生物等领域的应用效果。

为达到上述目的，本发明提供了一种二氧化钛多孔纳米线的制备方法，其包括以下步骤(其流程如图1所示)：

S1、将钛源分散于含有氢氧化锂的双氧水水溶液中，搅拌形成透明溶液A；

S2、将所述透明溶液A进行加热反应获得纳米线状结构前驱物B；

S3、将所述纳米线状结构前驱物B分离后，经低温退火处理获得纳米线状结构前驱物C；

S4、将所述纳米线状结构前驱物C分散于酸溶液中进行氢离子交换，得到纳米线状结构前驱物D；

S5、将所述纳米线状结构前驱物D经高温退火处理获得多孔纳米线状结构二氧化钛产物E，即所述二氧化钛多孔纳米线。

在上述制备方法中，优选地，在S1中，钛源的摩尔浓度为0.01摩尔/升至1摩尔/升；所述钛源中的钛与氢氧化锂的摩尔比为1:100至1:1；更优选地，所述钛源选自乙醇钛、丙醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇钛、丙三醇钛、硫酸钛、硫酸氧钛、四氯化钛、四氟化钛、氟钛酸铵和钛酸等中的一种或者几种的组合。