[发明专利]一步法制备高温稳定型锐钛矿纳米粉体

说明书

本发明涉及一步法制备高温稳定型锐钛矿纳米粉体的方法。以钛酸四丁酯为钛源，氢氟酸为氟源，在高压反应釜中一步法反应就可制得锐钛矿纳米粉体。通过该思路制备得到的二氧化钛纳米粉体在1000℃高温环境下依然完全保持锐钛矿结构，所以本方法在制备高温稳定型锐钛矿结构的纳米粉体材料具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种以钛酸四丁酯(温和钛源)一步法制备高温稳定型锐钛矿纳米粉体的方法，尤其是制得的氧化钛在1000℃高温下空气中煅烧依然保持锐钛矿结构。

背景技术

在许多重要陶瓷材料里面，氧化钛基质材料早在二十世纪初作为商品化产品以来便受到人们广泛的关注，目前通常用作颜料、耐火砖、光催化剂、电子材料和自清洁窗户的薄膜应用等(DHC98 High Tech Ceramics Industry Review，Business CommunicationsCompany Inc.，Connecticut，1999.)。众所周知，二氧化钛通常有三种主要物相，即板钛矿、锐钛矿和金红石。其中在商业应用中锐钛矿和金红石是最主要的结构。如今锐钛矿纳米粒子以其较高的电荷载体迁移率、高含量的表面羟基密度、大的比表面积和低成本而被用作最广泛的光催化剂(Chem.Rev.95(1995)735；Chem.Rev.93(1993)341；Sol.Energ.Mat.Sol.C 81(2004)439)。然而纯锐钛矿是一种亚稳态结构，它的晶面能较之金红石的晶面能要高，所以当环境温度高于500℃时便倾向于转变成金红石结构。无疑这将限制它在高温环境下的应用，因此在高温下它的光催化活性也将大大受到抑制。许多用到二氧化钛涂层的商品，如浴室瓷砖、卫生器具和自清洁玻璃，都需要经过高温处理。如果掺杂到这些器物当中的氧化钛粉体迅速由锐钛矿转变为金红石，这将大大降低其本身的光催化效能，所以也就需要二氧化钛具有高温稳定性。(J.Phys.Chem.C 111(2007)1605；J.Am.Ceram.Soc.88(2005)95)。因此提高二氧化钛的锐钛矿结构向金红石结构转化温度，维持其在经过高温处理后的较高光催化活性，将是拓宽其应用领域的一个很重要的课题。目前人们主要是在氧化钛材质中掺杂金属或非金属元素形成固溶体而提高其锐钛矿结构的高温稳定性(Mater.Res.Bull.34(1999)1275；J.Mater.Chem.13(2003)2261；J.SolidState Chem.177(2004)3490；Mater.Sci.Eng.B 111(2004)150；Ceram.Intern.32(2006)235；Chem.Lett.32(2003)196；J.Phys.Chem.C 113(2009)3246；J.Phys.Chem.B 109(2005)8673.)。氧化钛的锐钛矿结构稳定温度也从常态的500℃提高到700～900℃。然而在二氧化钛基质中掺杂异种金属元素往往导致在高温下异种金属氧化物物相的分离(如Al₂TiO₅，CeTi₄O₂₄，and Ce₂Ti₂O₇)。同时非金属掺杂又很难把氧化钛的锐钛矿结构稳定温度提高到900℃以上。近期有人采用磷掺杂使得其稳定温度维持在900℃，但同时伴随着TiP₂O₇物相的出现(J.Phys.Chem.Solids 68(2007)600.)。这些异相的产生都会对纯锐钛矿结构产生无法回避的影响。