專利名稱：TiO₂納米管和/或TiO₂納米須的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米材料的制造方法，特別涉及一種Ti02納米管和/或 Ti02納米須的制造方法。
背景技術(shù)：
Ti02作為一種具有良好光催化性能的半導(dǎo)體材料被廣泛的應(yīng)用于催化 劑及催化劑載體。此外，Ti02在傳感器、新型太陽能電池、電鍍以及自清潔 器件方面有廣泛應(yīng)用。目前催化材料的結(jié)構(gòu)形式主要為納米顆粒，光生電子 -空穴易復(fù)合，光催化效率低；且常規(guī)采用的溶膠凝膠反應(yīng)所需金屬有機(jī)化 合物原料成本高。Ti02納米管具有中空和兩端開口的管狀結(jié)構(gòu)，管壁一般由 2 5個(gè)Ti02分子單層組成，層間距約0.8nm;與1102納米顆粒結(jié)構(gòu)相比，具 有更大的比表面積和反應(yīng)接觸面，該單層具有大量不飽和懸掛鍵，表面活性 更強(qiáng)；更重要的特點(diǎn)是管狀半導(dǎo)體材料光生電子、空穴對(duì)遷移率高，易于利 用摻雜徑向PN節(jié)等結(jié)構(gòu)的形成，以達(dá)到降低光生載流子復(fù)合幾率的目的。 因此，Ti02納米管比一般納米粒子有著更高的吸附能力、光催化反應(yīng)截面和 和量子效率。據(jù)報(bào)道氧化鈦納米管的光催化性能比其它任何形式的鈦都要高 大約100多倍，是目前最有潛力的Ti02光催化環(huán)境凈化材料，有望解決目 前Ti02光催化應(yīng)用中存在的主要問題，在工業(yè)生產(chǎn)上具有很大的應(yīng)用前景。
一維納米結(jié)構(gòu)材料制備方法國內(nèi)外目前主要分為兩大類物理氣相淀積 法和液相化學(xué)制備法。物理法制備的特點(diǎn)是產(chǎn)品得率高、結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定，但 對(duì)設(shè)備要求苛刻，相對(duì)成本也高。液相法的特點(diǎn)就是工藝簡(jiǎn)單靈活，但其對(duì) 反應(yīng)條件依賴性高，可控程度低，規(guī)模小得率低，不易于批量生產(chǎn)滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。對(duì)于Ti02納米管、Ti02納米須結(jié)構(gòu)材料，國內(nèi)外主要合成方 法有溶劑熱法、模板法，電化學(xué)法等。這些方法存在的不足是需在一定條件 下實(shí)現(xiàn)，如超分子化學(xué)試劑、有機(jī)無機(jī)模板、電化學(xué)反應(yīng)裝置、高溫高壓反 應(yīng)設(shè)備等，由于這些復(fù)雜條件的限制使得量產(chǎn)化程度低，只能滿足實(shí)驗(yàn)室規(guī) 模的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決了現(xiàn)有方法中需要特殊設(shè)備，特殊條件以及量產(chǎn) 化程度低的缺陷，而提供了一種Ti02納米管和/或Ti02納米須的新型的制造方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種Ti02納米管的制造方法，包括如下步驟
(1) 將Ti02粉末溶于PH為12~14的NaOH或KOH溶液，其中Ti02 與NaOH或KOH的重量比為1: 30~1: 150;
(2) 用超聲波粉碎儀對(duì)步驟(1)得到的溶液進(jìn)行超聲30~100分鐘， 其中超聲波粉碎儀的功率為200~600W，頻率為20 50KHZ;
(3) 將經(jīng)過步驟(2)后得到的溶液在10(M4(TC下加熱2 5小時(shí)；
(4) 將經(jīng)過步驟(3)后得到的溶液進(jìn)行洗滌過濾至濾液呈中性，并干 燥即得Ti02納米管和/或Ti02納米須。
其中，步驟(1)中Ti02與NaOH或KOH的重量比優(yōu)選為1: 60~1:
100。
其中，步驟(3)中的加熱方式為油浴加熱或空氣浴加熱。
其中，步驟(4)中的洗滌過濾是指直接去離子水洗滌過濾、離心沉降
法洗滌過濾或者酸洗加去離子水洗滌過濾，其中酸洗中所用為0.1M 0.3M的
HNCb或HCL溶液。
其中，步驟(4)中干燥在3(TC 8(TC的真空狀態(tài)下進(jìn)行。本發(fā)明還提供了一種Ti02納米須的制造方法，包括如下步驟-
(1) 將Ti02粉末溶于PH為12 14的NaOH或KOH溶液，其中Ti02 與NaOH或KOH的重量比為1: 30-1: 150;
(2) 用超聲波粉碎儀對(duì)步驟(1)得到的溶液進(jìn)行超聲30~100分鐘， 其中超聲波粉碎儀的功率為200~600W，頻率為20~50KHZ;
(3) 將經(jīng)過步驟(2)后得到的溶液進(jìn)行洗滌過濾至濾液呈中性，并干 燥即得1102納米管和/或Ti02納米須。
其中，步驟(1)中Ti02與NaOH或KOH的重量比優(yōu)選為1: 60 1:
100。
其中，步驟(3)中的洗滌過濾是指直接去離子水洗滌過濾、離心沉降 法洗滌過濾或者酸洗加去離子水洗滌過濾，其中酸洗中所用為0.1M 0.3M的 HN03或HCL溶液。
其中，步驟(3)中干燥在3(TC 8(TC的真空狀態(tài)下進(jìn)行。
以上所用Ti02粉末的晶形不限，粒徑不限。 本發(fā)明的積極進(jìn)步效果如下
1、工藝簡(jiǎn)單、兼容性好，便于產(chǎn)業(yè)化；2、原材料價(jià)廉、時(shí)間短、能耗 少，生產(chǎn)成本低；3、制得的材料尺寸均一；4、得率高，大于90%; 5、由 于反應(yīng)條件溫和，對(duì)襯底等材料不會(huì)產(chǎn)生腐蝕變形等破壞，便于納米管光觸 媒材料的原位合成和擔(dān)載。


圖1是本發(fā)明方法制得的Ti02納米管的透射電鏡圖2是本發(fā)明方法制得的Ti02納米管的高分辨透射電鏡圖。
圖3是本發(fā)明方法制得的Ti02納米須的透射電鏡圖4是本發(fā)明方法制得的Ti02納米須的高分辨透射電鏡圖。
圖5是本發(fā)明方法制得的Ti02納米須的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但并不限制本發(fā)明。 實(shí)施例1
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為3000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過200W， 50KHz的超聲波處理0.5小時(shí)后， 在12(TC的油浴中熱處理4小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng) 0. lmol/L的麗03溶液及去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉 體材料在6(TC下真空干燥即得90 mg的Ti02納米管,得率為卯Q/。。
實(shí)施例2
將100mgTiO2粉末加入到PH為13， NaOH為6000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過300W， 40KHz的超聲波處理1小時(shí)后， 在12(TC的油浴中熱處理2小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng) 0.3mol/L的HN03溶液及去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉 體材料在8(TC下真空干燥即得92mg的Ti02納米管，得率為92% 。
實(shí)施例3
將100mgTiO2粉末加入到PH為14， NaOH為.10000mg的NaOH水溶 液中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過500W， 20KHz的超聲波處理IOO分鐘 后，在14(TC的油浴中熱處理5小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反 復(fù)經(jīng)0.2mol/L的HN03溶液及去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到 的粉體材料在6(TC下真空干燥即得95 mg的Ti02納米管，得率為95M 。
實(shí)施例4
將100mgTiO2粉末加入到PH為13， NaOH為15000mg的NaOH水溶 液中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過600W， 20KHz的超聲波處理1.5小時(shí) 后，在12(TC的油浴中熱處理5小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反 復(fù)經(jīng)0. lmol/L的HCL溶液及去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到 的粉體材料在3(TC下真空干燥即得94 mg的Ti02納米管，得率為94% 。實(shí)施例5
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為8000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過200W， 50KHz的超聲波處理0.5小時(shí)后， 在IOO'C的油浴中熱處理4小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng) 0. 2m)1/L的HCL溶液及去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體 材料在5(TC下真空干燥即得90 mg的Ti02納米管，得率為90% 。
實(shí)施例6
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為12000mg的NaOH水溶 液中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過400W， 50KHz的超聲波處理0.5小時(shí) 后，在10(TC的油浴中熱處理4小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反 復(fù)經(jīng)0. 3mol/L的HCL溶液及去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到 的粉體材料在6(TC下真空干燥即得91mg的Ti02納米管,得率為91%。
實(shí)施例7
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為4000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過380W， 40KHz的超聲波處理0.5小時(shí)后， 在13(TC的油浴中熱處理4小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng) 去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在6(TC下真空干燥 即得90 mg的Ti02納米管,得率為90%。
實(shí)施例8
將100mgTiO2粉末加入到PH為14， NaOH為3000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過400W， 30KHz的超聲波處理50分鐘后， 在100。C的油浴中熱處理4小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物，經(jīng)離 心沉降法洗滌過濾，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在6(TC下真空干燥 即得92呢的1102納米管，得率為92% 。
實(shí)施例9
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為3000mg的NaOH水溶液中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過500W， 50KHz的超聲波處理80分鐘后， 在IO(TC的油浴中熱處理3小時(shí)。冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng) 0. lmol/L的HNO:,溶液及去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉 體材料在3CTC下干燥即得93mg的Ti02納米管,得率為93%。 實(shí)施例10
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為3000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過200W， 50KHz的超聲波處理IOO分鐘， 冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng)0. lmol/L的HN03溶液及去離子水 過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在60。C下真空干燥即得90 mg的TiO2納米須,得率為90。/Q 。
實(shí)施例11
將100mgTiO2粉末加入到PH為13， NaOH為6000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過300W， 40KHz的超聲波處理IIO分鐘， 冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng)0. 3mol/L的朋03溶液及去離子水 過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在8CTC下真空干燥即得92mg 的Ti02納米須，得率為92% 。
實(shí)施例12
將100mgTiO2粉末加入到PH為14， NaOH為10000mg的NaOH水溶 液中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過500W， 20KHz的超聲波處理IOO分鐘， 冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng)0. 2mol/L的麗03溶液及去離子水 過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在6(TC下真空干燥即得95 mg的Ti02納米須，得率為95M 。
實(shí)施例13
將100mgTiO2粉末加入到PH為13， NaOH為15000mg的NaOH水溶 液中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過600W， 20KHz的超聲波處理1.5小時(shí)，
冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng)0. lmol/L的HCL溶液及去離子水過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在3(TC下真空干燥即得94 mg的Ti02納米須，得率為94% 。 實(shí)施例14
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為8000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過200W， 50KHz的超聲波處理IOO分鐘， 冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng)0. 2mol/L的HCL溶液及去離子水 過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在5(TC下真空干燥即得90 mg的Ti02納米須,得率為90% 。
實(shí)施例15
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為12000mg的NaOH水溶 液中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過400W， 50KHz的超聲波處理0.5小時(shí)， 冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng)0. 3mol/L的HCL溶液及去離子水 過濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在6(TC下真空干燥即得91mg 的Ti02納米須,得率為91%。
實(shí)施例16
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為4000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過380W， 40KHz的超聲波處理0,5小時(shí)， 冷卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng)去離子水過濾清洗，至濾液呈中 性。最后得到的粉體材料在6(TC下真空干燥即得90mg的TiO2納米須，得率 為90%。
實(shí)施例17
將100mgTiO2粉末加入到PH為14， NaOH為3000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過400W， 30KHz的超聲波處理50分鐘，冷 卻后將溶液過濾后得到的沉淀物，經(jīng)離心沉降法洗滌過濾，至濾液呈中性。 最后得到的粉體材料在6(TC下真空干燥即得92 mg的Ti02納米須，得率為 92% 。實(shí)施例18
將100mgTiO2粉末加入到PH為12， NaOH為3000mg的NaOH水溶液 中，混合均勻移入反應(yīng)器皿，經(jīng)過500W， 50KHz的超聲波處理80分鐘，冷 卻后將溶液過濾后得到的沉淀物反復(fù)經(jīng)0. lmol/L的麗03溶液及去離子水過 濾清洗，至濾液呈中性。最后得到的粉體材料在3(TC下干燥即得93mg的Ti02 納米須，得率為93%。
權(quán)利要求
1、一種TiO2納米管的制造方法，包括如下步驟(1)將TiO2粉末溶于PH為12～14的NaOH或KOH溶液，其中TiO2與NaOH或KOH的重量比為1∶30～1∶150；(2)用超聲波粉碎儀對(duì)步驟(1)得到的溶液進(jìn)行超聲30～100分鐘，其中超聲波粉碎儀的功率為200～600W，頻率為20～50KHz；(3)將經(jīng)過步驟(2)后得到的溶液在100～140℃下加熱2～5小時(shí)；(4)將經(jīng)過步驟(3)后得到的溶液進(jìn)行洗滌過濾至濾液呈中性，并干燥即得TiO2納米管和/或TiO2納米須。
2、 一種Ti02納米須的制造方法，包括如下步驟(1) 將Ti02粉末溶于PH為12 14的NaOH或KOH溶液，其中Ti02 與NaOH或KOH的重量比為1: 30 h 150;(2) 用超聲波粉碎儀對(duì)步驟(1)得到的溶液進(jìn)行超聲30 100分鐘， 其中超聲波粉碎儀的功率為200~600W，頻率為20~50KHz;(3) 將經(jīng)過步驟(2)后得到的溶液進(jìn)行洗滌過濾至濾液呈中性，并干 燥即得Ti02納米管和/或Ti02納米須。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Ti02納米管和/或Ti02納米須，其特征 在于步驟(1)中Ti02與NaOH或KOH的重量比為1: 60 1: 100。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti02納米管，其特征在于步驟(3)中的加 熱方式為油浴加熱或空氣浴加熱。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Ti02納米管和/或Ti02納米須，其特征 在于步驟(4)或(3)中的洗滌過濾是指直接去離子水洗滌過濾、離心沉降 法洗滌過濾或者酸洗加去離子水洗滌過濾，其中酸洗中所用為0.1M 0.3M的 HN03或HCL溶液。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的7102納米管和/或Ti02納米須，其特征在于步驟(4)或(3)中干燥在30。C 8(TC的真空狀態(tài)下進(jìn)行。
全文摘要
一種TiO₂納米管和/或TiO₂納米須的制造方法，包括如下步驟(1)將TiO₂粉末溶于pH為12～14的NaOH或KOH溶液，其中TiO₂與NaOH或KOH的重量比為1∶30～1∶150；(2)用超聲波粉碎儀對(duì)步驟(1)得到的溶液進(jìn)行超聲30～100分鐘，其中超聲波粉碎儀的功率為200～600W，頻率為20～50KH_Z；(3)將經(jīng)過步驟(2)后得到的溶液在100～140℃下加熱2～5小時(shí)；(4)將經(jīng)過步驟(3)后得到的溶液進(jìn)行洗滌過濾至濾液呈中性，并干燥即得TiO₂納米管和/或TiO₂納米須。本發(fā)明的制造方法具有產(chǎn)率高、原材料成本低、條件容易控制、合成過程能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C30B29/62GK101319405SQ20071004176
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者輝 楊, 王懷兵, 韋 陳 申請(qǐng)人:蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所