[发明专利]在无水溶剂热条件下制备粒径可调的二氧化钛微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备二氧化钛微球的方法，尤其是在无水溶剂热条件下制备粒径可调的二氧化钛微球的方法。

背景技术

二氧化钛是一种环境友好的宽禁带半导体，在水污染治理，太阳能电池，锂离子电池，精细化工等领域有广泛应用。尽管纳米材料具有很多优点，如量子尺寸效应，大比表面积等。然而在实际应用中，纳米材料由于其过小的尺寸，可能带来环境的二次污染和生物毒性。因此，有必要制备微纳尺度的二氧化钛材料。然而由于技术原因，通常合成的二氧化钛微球往往不能自主的调控微球粒径，从而限制了二氧化钛微球在诸多领域的应用。

二氧化钛的制备方法有液相沉淀法、微乳反应法、水热法、气相法和溶胶—凝胶法，水热与溶剂热法等。水热与溶剂热法具有反应过程易控制，重复性好，纯度高，产物结晶性好等优势而备受关注。含水的路径不易控制钛前驱体过快的水解速率，而非水路径具有适中的反应速率。近年来非水路径受到越来越多的关注。通常，非水溶胶-凝胶过程合成需要引入长链有机分子作为模板剂，但是这导致需要后处理过程来移除这些分子。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需模板，在无水溶剂热条件下制备粒径可调的二氧化钛微球的方法。

本发明的在无水溶剂热条件下制备粒径可调的二氧化钛微球的方法，包括以下步骤：

1）将钛醇盐溶解于溶剂中，钛醇盐在溶剂中的摩尔浓度为0.01~1 M，然后添加羧酸，搅拌至均匀得到澄清溶液，钛醇盐和羧酸的摩尔比为1：1～10；

2）将步骤1）制得的溶液转移到溶剂热装置中，在80~200℃下进行溶剂热反应5 min～100 h，离心，干燥，得到二氧化钛微球。

上述的钛醇盐可以是钛酸乙酯、钛酸异丙酯或钛酸丁酯。所述的溶剂可以是甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、正己烷、环己烷、苯甲醇、甲苯、丙酮和四氢呋喃中的一种或几种按任意体积比的混合液。所述的羧酸可以是甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、苯甲酸或草酸。

二氧化钛微球的粒径可以通过改变溶解钛醇盐的不同溶剂，或改变几种按任意体积比混合的不同溶剂来调节。

本发明工艺简单，无需模板，成本低，易大规模合成，制得的二氧化钛微球的结晶性好，粒径在200 nm -3μm范围内可调。

附图说明

图 1是实施例1的二氧化钛微球的X射线衍射图谱。

图 2是实施例1二氧化钛微球的扫描电镜照片。

 图 3是实施例2二氧化钛微球的透射电镜照片。

图 4是实施例3二氧化钛微球的扫描电镜照片。

图5二氧化钛微球的粒径随不同体积比的甲醇和乙醇混合液的变化曲线。

图 6是实施例10二氧化钛微球的扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例 1 

1）将1.3 ml钛酸异丙酯溶解于30 ml乙醇中，然后添加0.35ml甲酸，搅拌至均匀得到澄清溶液。

2）将步骤1）制得的溶液转移到溶剂热装置中，在150℃下进行6 h的溶剂热反应，再将所得物质进行离心，然后在60℃干燥，得到二氧化钛微球。

   制备的二氧化钛微球的X射线衍射图谱如图 1 所示，其衍射峰与锐钛矿相二氧化钛的标准图谱一致，说明所得产品为锐钛矿相二氧化钛。通过谢乐公式计算，二氧化钛微球是由5 nm二氧化钛晶粒组成。图 2 为本例制备的二氧化钛微球的扫描电镜照片。从图中可以看到微球的平均粒径约为3μm。

实施例 2 

1）将1.5 ml钛酸丁酯溶解于30 ml甲醇中，然后添加0.35ml甲酸，搅拌至均匀得到澄清溶液。

2）将步骤1）制得的溶液转移到溶剂热装置中，在170℃下进行3 h的溶剂热反应，再将所得物质进行离心，然后在60℃干燥，得到二氧化钛微球。

制备的二氧化钛微球的透射电镜照片如图 3 所示。从图中可以看到微球的平均粒径约为300 nm。

实施例 3 

1）将1.3 ml钛酸异丙酯溶解于15 ml甲醇和15 ml乙醇的混合溶液中，然后添加0.5m乙酸，搅拌至均匀得到澄清溶液。

2）将步骤1）制得的溶液转移到溶剂热装置中，在150℃下进行6 h的溶剂热反应，再将所得物质进行离心，然后在80℃干燥，得到二氧化钛微球。

    制备的二氧化钛微球的扫描电镜照片如图 4 所示。从图中可以看到微球的平均粒径约为400 nm。

实施例4～实施例9