[发明专利]一种超细锐钛矿型TiO2

说明书

本发明涉及一种超细锐钛矿型TiO₂纳米线及其制备方法。本发明是将钛前驱体溶于三氟乙酸和N,N‑二甲基甲酰胺的混合液中，在高压反应釜中进行加热，冷却后分离固体产物，即可得到超细锐钛矿型TiO₂纳米线。本发明所述的制备方法操作简单、成本低廉，所制得的超细锐钛矿型TiO₂纳米线长度为50～100nm，直径为2～5nm，是一种具备大规模商业化生产超细锐钛矿型TiO₂纳米线的制备方法。

技术领域

本发明属于无机非金属材料制备领域，特别涉及一种超细锐钛矿型TiO₂纳米线及其制备方法。

背景技术

纳米TiO₂具有优异的光催化活性和优良的化学稳定性，在太阳电池、锂离子电池、光催化及化学传感器等方面有广阔的应用前景。因此，在缓解环境和能源危机方面起到了越来越重要的作用，被认为是最有应用前景的材料之一。

众所周知，影响TiO₂光催化活性的因素有很多，包括粒径尺寸、形貌、晶型等。通过改变合成条件，人们已经制备了各种形貌的纳米TiO₂，包括零维纳米粒子、一维纳米线和二维纳米片等。其中，一维纳米线由于具有很高的长径比，光生电子迁移速率高，因此，受到研究人员的广泛关注。传统的合成TiO₂纳米线的工艺有模板法，化学气相沉积和水热法等。例如，CN 200610103722公开了一种从钛氧粉体出发，通过强碱性水热方法获得了大量的二氧化钛纳米线的方法。然而，其所得到纳米线的直径在200nm左右，比表面积较小。Liu等人利用饱和脂肪酸的特殊热物性和分子结构，发展了一种在常压玻璃容器中利用限域空间低温(150℃以下)生长单晶TiO₂纳米线的工艺。该方法得到的实际是簇状TiO₂纳米线，而非单根纳米线(Scientific Reports 2015，5，8129.)。天津大学曲兆娟以无机盐TiOSO₄为原料，采用多孔氧化铝模板技术，通过液相的溶胶-电泳法，制备出直径为30～70nm的TiO₂纳米线(化学工业与工程，2010，27，210-213.)。在上述的制备方法中，大部分需要高温或高压反应条件促使结晶，在水热法中甚至还要用到强酸和强碱等腐蚀性试剂，而且得到的TiO₂纳米线的直径在十几到几十甚至几百纳米，尚未有文献或专利公布直径为几纳米的TiO₂纳米线的制备方法。

本发明利用可溶性干凝胶为前驱体，采用简单的溶剂热合成法制备超细锐钛矿型TiO₂纳米线，操作简便，成本低廉，具有大规模商品化生产前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种超细锐钛矿型TiO₂纳米线。

本发明的另一目的是提供一种反应条件温和、所需设备简单、原料易得、适用于大规模商业生产的超细锐钛矿型TiO₂纳米线的制备方法。

本发明的一种超细锐钛矿型TiO₂纳米线及其制备方法，其特征是长度为 50～100nm，直径为2～5nm。

本发明一种超细锐钛矿型TiO₂纳米线及其制备方法是将钛前驱体溶于三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，进行水热反应。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得超细锐钛矿型TiO₂纳米线。

本发明所述的超细锐钛矿型TiO₂纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：

将钛前驱体溶于三氟乙酸和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，然后将混合溶液放入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，进行水热反应。反应结束后，将所得沉淀产物过滤、洗涤、干燥，即可得超细锐钛矿型TiO₂纳米线。