[发明专利]空心多孔四足氮化钛的制备方法

说明书

技术领域

本发明属四足氮化钛的制备领域，特别是涉及一种空心多孔四足氮化钛的制备方法。

背景技术

氮化钛(TiN)是一种新型多功能材料，它具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱侵蚀、 耐磨损以及良好的导电性、导热性等一系列优点，因此，在微电子工业、切削工具、高性 能陶瓷、电化学分析、催化、pH计、超电容和储氢等领域具有广泛的应用。但传统合成的 氮化钛多呈现颗粒状，限定了在电化学分析、催化、pH计、超电容和储氢等领域的应用。

空心多孔的三维氮化钛能改善光的散射和吸收；同时，还可以改变物质在其内部的传 播途径，增加介质和材料的接触面积；另外，该类材料还可以快速促进电子沿最长的方向 传播，增强电子的定向运动能力。在微电子设计领域具有潜在的应用，因此受到人们的广 泛关注。已有多种方法实现了TiN纳米颗粒、膜和一维材料的合成。近期，Bang等在Adv. Mater.2009，21：3186-3190发表了题为“Dual Templating Synthesis of Mesoporous Titanium  Nitride Microspheres”的文章，文中指出以硝酸锌和钛的配合物为原料先合成Zn₂TiO₄，然后 在氨气中氮化，得到多孔空心氮化钛微球。Gray等在Template Infiltration Routes to Ordered  Macroporous TiN and SiNx Films，Chem.Mater.2009，21：4210-4215中报道了以Ti(NMe₂)₄和 ⁿPrNH₂为原料，正己烷为溶剂，聚苯乙烯球阵列为模板合成了有序大孔的TiN薄膜。但是， 该合成路线复杂，所用原料价格较高，难以实现工业化生产。Jiang等在Highly Ordered TiN  Nanotube Arrays as Counter Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells，Chem.Commun.， 2009，6720-6722中报道了以钛金属箔为原料，采用电化学的方法先期合成TiO₂纳米管，然 后在氨气氛下氮化得到了TiN纳米管。但是，该方法产率较低，且产品无多孔性，限制了 其应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空心多孔四足氮化钛的制备方法，该方法简 单，所需生产设备简单，易于实现工业化生产。

本发明的反应过程如下：

Ti(OC₄H₉)₄+2H₂O→TiO₂↓+4C₄H₉OH    (1)

3ZnO+2NH₃→3Zn+N₂↑+3H₂O           (2)

6TiO₂+8NH₃→6TiN+N₂↑+12H₂O        (3)

本发明的一种空心多孔四足氮化钛的制备方法，包括：

(1)核-壳结构的ZnO/TiO₂的制备

取四足氧化锌，加入无水乙醇，搅拌2-5分钟，再滴加钛酸四丁酯，搅拌2-5分钟， 之后放入蒸汽发生装置中，密闭后放入烘干箱中，加热至100～200℃，并保温10～15小 时，待温度降至室温后，将沉淀物用蒸馏水洗涤，除去杂质，再用无水乙醇洗涤，除去 沉淀物中的水分，避免硬团聚的生成，即得分散性良好的核-壳结构的ZnO/TiO₂，将此产 物烘干，煅烧，得到进一步晶化的ZnO/TiO₂；所述四足氧化锌与无水乙醇的比为(0.1g ～0.3g)∶(3mL～6mL)；四足氧化锌与钛酸四丁酯的比为(0.1g～0.3g)∶(20μL～40μL)；

(2)空心多孔四足氮化钛的制备

将上述的晶化后的ZnO/TiO₂，装入管式气氛炉，通入氨气，升温至950～1000℃，在 此温度下，保温4～8小时，然后，在流动氨气下，自然冷却至室温，即得空心多孔四足氮 化钛。