可控合成不同晶相花状形貌二氧化钛材料的方法

摘要

本发明公开了一种可控合成不同晶相花状形貌二氧化钛材料的方法，将0.9～1.6g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、0.25～1.8g四甲基氢氧化铵和1.1～1.8mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将1.5～2.1mL模板剂聚苯乙烯小球PS、0.1g模板剂聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123或0.3～0.5g模板剂聚二烯丙基二甲基氯化铵PDADMAC加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180～200℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有锐钛矿晶型或板钛矿晶型的花状形貌二氧化钛材料。本发明制备工艺简单，可控性强，目标产物纯度高且重现性好，所制得的产物形貌新颖。

说明书

技术领域

本发明属于二氧化钛材料的合成技术领域，具体涉及一种可控合成不同晶相花状形貌二氧化钛材料的方法。

背景技术

自1972年Fujishima和Honda在Nature杂志上发表的关于TiO₂电极上光分解水的论文以来，由于其性能稳定、光催化活性高、无毒无害及成本低廉等，被认为是一种理想的半导体光催化材料，在太阳能电池、光催化降解污染物等领域引起了广泛研究。二氧化钛存在着三种晶型：金红石型、锐钛矿型和板钛矿型。其在微纳米尺度范围内已经得到了多种形貌如纳米棒、纳米线、纳米片、纳米管及微纳米球等。科学研究者经过大量研究表明，TiO₂的微观形貌和晶体结构对其催化活性和选择性有着直接的影响。因此，合成具有特殊微观形貌的二氧化钛微纳米材料，被认为是调控催化材料活性的有效途径之一。

花状二氧化钛由于具有较大的比表面积、良好的光吸收和折射率，有助于光生载流子的生成、迁移和反应物在表面的吸附，降低光电复合的几率，从而表现出了更加优异的光催化活性。目前，尽管有关于制备花状形貌的锐钛矿、板钛矿型二氧化钛的相关报道，但仍存在着形貌单一，步骤复杂（多步水热法或高温高压法），重现性差等缺点。而采用一步水热法，通过简单的调控体系的pH值及温度即可实现可控的合成纯度较高、不同花状形貌的锐钛矿和板钛矿型二氧化钛材料尚未见报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种制备工艺简单、可控性强且重现性好的可控合成不同晶相花状形貌二氧化钛材料的方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，可控合成不同晶相花状形貌二氧化钛材料的方法，其特征在于具体步骤为：将0.9～1.6g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、0.25～1.8g四甲基氢氧化铵和1.1～1.8mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将1.5～2.1mL模板剂聚苯乙烯小球PS、0.1g模板剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123或0.3～0.5g模板剂聚二烯丙基二甲基氯化铵PDADMAC加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180～200℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有锐钛矿晶型或板钛矿晶型的花状形貌二氧化钛材料。

进一步优选，具有花状形貌的锐钛矿型二氧化钛材料的合成过程为：将1.2～1.6g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、0.25～0.4g四甲基氢氧化铵和1.1～1.3mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将1.5～2.1mL模板剂聚苯乙烯小球PS加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有花状形貌的锐钛矿型二氧化钛材料。

进一步优选，具有南瓜花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料的具体合成过程为：将0.9～1.6g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、1.2～1.8g四甲基氢氧化铵和1.3～2.1mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将0.1g模板剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180-200℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有南瓜花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料。

进一步优选，具有飞碟花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料的具体合成过程为：将0.9～1.5g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、0.8～1.3g四甲基氢氧化铵和1.2～1.8mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将0.3～0.5g聚二烯丙基二甲基氯化铵PDADMAC加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有飞碟花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料。

本发明具有以下优点：制备工艺简单，可控性强，目标产物纯度高且重现性好，所制得的产物形貌新颖，在催化剂、锂离子电池和光分解水制氢等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是实施例1制得的具有花状形貌的锐钛矿型二氧化钛材料的XRD图；

图2是实施例2制得的具有花状形貌的锐钛矿型二氧化钛材料的SEM图；

图3是实施例4制得的具有南瓜花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料的XRD图；

图4是实施例5制得的具有南瓜花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料的SEM图；

图5是实施例7制得的具有飞碟花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料的SEM图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

将1.6g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、0.4g四甲基氢氧化铵和1.3mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将2.1mL模板剂聚苯乙烯小球PS加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有花状形貌的锐钛矿型二氧化钛材料。

根据附图1的XRD图可以看出制得的最终产品为锐钛矿型二氧化钛，并且具有很好的结晶度。

实施例2

将1.2g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、0.25g四甲基氢氧化铵和1.1mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将1.5mL模板剂聚苯乙烯小球PS加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有花状形貌的锐钛矿型二氧化钛材料。

根据附图2的SEM图可以看出制得的最终产品具有由纳米棒组成的花状结构。

实施例3

将1.6g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、1.8g四甲基氢氧化铵和2.1mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将0.1g模板剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于200℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有南瓜花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料。

实施例4

将1.3g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、1.5g四甲基氢氧化铵和1.8mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将0.1g聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于200℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有南瓜花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料。

根据附图3的XRD图可以看出制得的最终产品为板钛矿型二氧化钛，并且具有很好的结晶度。

实施例5

将0.9g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、1.2g四甲基氢氧化铵和1.3mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将0.1g聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有南瓜花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料。

根据附图4的SEM图可以看出制得的最终产品具有由纳米片组成的南瓜花状结构。

实施例6

将1.5g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、1.3g四甲基氢氧化铵和1.8mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将0.5g聚二烯丙基二甲基氯化铵PDADMAC加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有飞碟花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料。

实施例7

将1.1g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、0.8g四甲基氢氧化铵和1.2mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将0.3g聚二烯丙基二甲基氯化铵PDADMAC加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有飞碟花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料。

根据附图5的SEM图可以看出制得的最终产品具有由鱼鳞状纳米片组成的飞碟花状结构。

实施例8

将0.9g四异丙醇钛TTIP加入到1.2mL异丙醇、0.8g四甲基氢氧化铵和1.2mL去离子水的混合溶剂中，搅拌混合均匀后将0.3g聚二烯丙基二甲基氯化铵PDADMAC加入到上述体系中，搅拌至充分溶解，然后将上述溶液转移至水热反应釜中于180℃晶化反应，反应完成后，将晶化后的溶液抽滤后自然晾干得到具有飞碟花状形貌的板钛矿型二氧化钛材料。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。