專利名稱：一種制備摻雜二氧化鈦納米晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備摻雜二氧化鈦納米晶體的方法。
技術(shù)背景金屬氧化物半導(dǎo)體二氧化鈦(Ti02)是寬禁帶半導(dǎo)體材料，禁帶寬度在3.0 3.41eV左右，在0.35 12pm波長(zhǎng)區(qū)間透明，折射率高，并具有力學(xué)性能高、 化學(xué)性能穩(wěn)定的特性等等。銳鈦礦型Ti02具有光催化特性，在眾多的光催化劑 (Ti02， ZnO， Fe203， CdS等)中，Ti02以其無毒、催化活性高、穩(wěn)定性好、價(jià)廉 易得等特點(diǎn)受到人們的重視。利用其對(duì)水中有機(jī)污染物進(jìn)行光催化降解，最終 生成無毒無味的C02， H20及一些簡(jiǎn)單的無機(jī)物。Ti02只能吸收紫外波段的光，使其在日常條件下的光催化效率低下。因此，研究者們通過摻雜手段解決這一 問題。目前制備摻雜納米Ti02的方法主要有水解法、化學(xué)沉淀法、溶膠—凝膠 法、微乳液法和氣相反應(yīng)法等。其中溶膠一凝膠法因操作簡(jiǎn)單、合成的Ti02純 度高且粒度了而受到青睞，但該方法需作進(jìn)一步的熱處理G50。C以上)，才能 得到結(jié)晶的Ti02。而熱處理過程容易引起Ti02顆粒的長(zhǎng)大與團(tuán)聚，影響了1102 的光催化性能，也限制了 Ti02在不能經(jīng)受高溫?zé)崽幚聿牧仙系膽?yīng)用。所以，在 溫度較低的條件下合成結(jié)晶的銳鈦礦型Ti02是近年來Ti02制備中的難題和熱 點(diǎn)。如果能在低于100。C的條件下，制備出銳鈦礦型Ti02納米顆粒，并且可摻 入不同元素以調(diào)節(jié)控制Ti02納米顆粒的大小對(duì)于納米Ti02的實(shí)際應(yīng)用具有重要 的意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種在常溫條件下制備摻雜二氧化鈦納米晶體的方法。摻雜二氧化鈦納米晶體的方法，步驟如下1) 將鈦的化合物和待慘入元素的化合物溶解于有機(jī)溶劑中，得A液，待摻入 元素的化合物和鈦的化合物的摩爾比為0.001-0.3，設(shè)鈦的化合物和待摻入元素的 化合物的摩爾數(shù)之和為X，有機(jī)溶劑的摩爾數(shù)與X的比值大于4;2) 用酸液將水的pH值調(diào)節(jié)至小于6，得B液，水的摩爾數(shù)與X的比值大于20;3) 將B液逐滴滴入A液中，攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠；4) 將溶膠在15-10(TC下干燥，去除水和有機(jī)溶劑，得到摻雜二氧化鈦納米晶體。上述的鈦的化合物可以是鈦酸丁酯、氯化鈦或鈦酸異丙酯。所說的有機(jī)溶 劑可以是乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、四氫呋喃、丙酮和丁醇中的一種或幾種。所說的調(diào)節(jié)pH值的酸液是硝酸或鹽酸。所說的摻雜元素的化合物是乙酰丙 酮氧釩、氫氧化鈮、硅酸乙酯、硼酸丁酯、硝酸鎳和硝酸鉻中的一種或幾種。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明無需特殊裝置和高溫條件，制備方法簡(jiǎn)單，在常溫條件下即可得到 摻雜的純銳鈦礦相結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米顆粒的溶膠。本發(fā)明制得的摻雜二氧化鈦 納米晶體顆粒尺寸分布均勻，直徑小于10納米，具有優(yōu)異的光催化、除臭、殺 菌性能。


圖1是摻雜二氧化鈦納米晶體的透射電鏡的照片，右上角為其衍射環(huán)； 圖2是摻雜二氧化鈦納米晶體的X射線衍射圖譜。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明。 實(shí)施例11) 將鈦酸丁酯、乙酰丙酮氧釩和乙醇按l: 0.15: 6的摩爾比混合于容器中攪 拌30min，得到A液；2) 用硝酸調(diào)節(jié)水的pH值到5，得B液，水的摩爾數(shù)與鈦酸丁酯和乙酰丙酮氧 釩摩爾數(shù)之和的比值為40;3) 將B液逐滴滴入A液中，攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠；4) 將溶膠倒入底面積較大容器中，在常溫、通風(fēng)條件下放置干燥，去除水和 有機(jī)溶劑，得到摻雜二氧化鈦納米晶體。制得的摻雜二氧化鈦晶體的透射電鏡照片如圖1所示，照片的右上角為晶 體的衍射環(huán)。摻雜二氧化鈦晶體的X射線衍射圖譜如圖2所示。由圖1、圖2 可見，該晶體為銳鈦礦相二氧化鈦納米晶體，尺寸為5納米，且尺寸分布均勻。實(shí)施例21) 將鈦酸異丙酯、氫氧化鈮和乙醇按l: 0.001: IO的摩爾比混合于容器中攪 拌15min，得到A液；2) 用硝酸調(diào)節(jié)水的pH值到3，得B液，水的摩爾數(shù)與鈦酸異丙酯和氫氧化鈮 的摩爾數(shù)之和的比值為100;3) 將B液逐滴滴入A液中，攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠；4)將溶膠倒入底面積較大容器中，在常溫、通風(fēng)條件下放置干燥，去除水和 有機(jī)溶劑，得到摻雜二氧化鈦納米晶體。所制得的銳鈦礦相二氧化鈦晶體的尺寸為7納米，且尺寸分布均勻。 實(shí)施例31) 將氯化鈦、乙酰丙酮氧釩和丙醇按l: 0.3: 18的摩爾比混合于容器中攪拌30min，得到A液；2) 用鹽酸調(diào)節(jié)水的pH值到2，得B液，水的摩爾數(shù)與氯化鈦和乙酰丙酮氧釩 摩爾數(shù)之和的比值為150;3) 將B液逐滴滴入A液中，攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠；4) 將溶膠倒入底面積較大容器中，在常溫、通風(fēng)條件下放置干燥，去除水和 有機(jī)溶劑，得到摻雜二氧化鈦納米晶體。所制得的銳鈦礦相二氧化鈦晶體的尺寸為6納米，且尺寸分布均勻。 實(shí)施例41) 將氯化鈦、正硅酸乙酯和乙二醇按l: 0.1: 15的摩爾比混合于容器中攪拌 20min，得到A液；2) 用鹽酸調(diào)節(jié)水的pH值到l，得B液，水的摩爾數(shù)與氯化鈦和正硅酸乙酯摩 爾數(shù)之和的比值為120;3) 將B液逐滴滴入A液中，攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠；4) 將溶膠倒入底面積較大容器中，在常溫、通風(fēng)條件下放置干燥，去除水和 有機(jī)溶劑，得到摻雜二氧化鈦納米晶體。所制得的銳鈦礦相二氧化鈦晶體的尺寸為4納米，且尺寸分布均勻。
權(quán)利要求
1.一種制備摻雜二氧化鈦納米晶體的方法，其特征是包括以下步驟1)將鈦的化合物和待摻入元素的化合物溶解于有機(jī)溶劑中，得A液，待摻入元素的化合物和鈦的化合物的摩爾比為0.001-0.3，設(shè)鈦的化合物和待摻入元素的化合物的摩爾數(shù)之和為X，有機(jī)溶劑的摩爾數(shù)與X的比值大于4；2)用酸液將水的pH值調(diào)節(jié)至小于6，得B液，水的摩爾數(shù)與X的比值大于20；3)將B液逐滴滴入A液中，攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠；4)將溶膠在15-100℃下干燥，去除水和有機(jī)溶劑，得到摻雜二氧化鈦納米晶體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備摻雜二氧化鈦納米晶體的方法，其特征在于所 說的鈦的化合物是鈦酸丁酯、氯化鈦或鈦酸異丙酯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備摻雜二氧化鈦納米晶體的方法，其特征在于所 說的有機(jī)溶劑是乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、四氫呋喃、丙酮和丁醇中的一 種或幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備慘雜二氧化鈦納米晶體的方法，其特征在于所 說的調(diào)節(jié)pH值的酸液是硝酸或鹽酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備摻雜二氧化鈦納米晶體的方法，其特征在于所 說的摻雜元素的化合物是乙酰丙酮氧釩、氫氧化鈮、硅酸乙酯、硼酸丁酯、硝 酸鎳和硝酸絡(luò)中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備摻雜二氧化鈦納米晶體的方法，步驟如下將鈦的化合物和待摻入元素的化合物溶解于有機(jī)溶劑中，得A液；將A液緩慢滴入pH值小于6的水溶液中；攪拌直到形成穩(wěn)定的溶膠；將溶膠干燥，即可。本發(fā)明無需特殊裝置和高溫條件，制備方法簡(jiǎn)單，在常溫條件下即可得到摻雜的純銳鈦礦相結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米晶體顆粒的溶膠。制得的摻雜二氧化鈦納米晶體顆粒尺寸分布均勻，直徑小于10納米，具有優(yōu)異的光催化、除臭、殺菌性能。
文檔編號(hào)C01G23/053GK101214999SQ20071016485
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者紅 李, 趙高凌, 韓高榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)