一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法
【專利摘要】本發明涉及一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法，首先在容器中加入一定量的乙酸，再加入丁二酸，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯，混合均勻后加入到水熱反應釜中，加熱反應，反應結束后，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。該二氧化鈦納米棒，其晶型為銳鈦礦型形貌是一維納米棒狀，本發明所制備的銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒具有尺寸可控、制備過程簡單和成本低廉等特點。該銳鈦礦相二氧化鈦納米棒為可以作為染料敏化太陽能電池和量子點太陽能電池的工作電極材料。
【專利說明】一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種二氧化鈦納米棒的合成方法；尤其涉及一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法。
【背景技術】:[0002]能源與環境是21世紀科學研究的兩大主題。解決當前日益嚴重的能源短缺和環境污染問題是提高人民生活質量、保障國家安全和實現人類社會可持續發展的迫切需要。基于太陽能利用的電池技術在解決能源和環境問題方面具有巨大的應用潛力。TiO2因其價格低廉、氧化能力強(具有普適性)、具有生物以及化學惰性(環保、無二次污染)、高效穩定(抗光腐蝕和化學腐蝕，是最有可能產業化的新型太陽能電池材料。
[0003]二氧化鈦的晶型主要有銳鈦型和金紅石型兩種，銳鈦型是一個熱不穩定的結構，在大約800°C可以轉變為金紅石型，而且這一晶型的轉化是不可逆的。金紅石型是一個熱穩定的結構，不會隨溫度變化而改變。這兩種晶型結構均由相互連接的TiO6八面體構成，兩者的差別在于八面體的畸變程度和八面體間的相互連接方式不同，金紅石型的八面體是不規則的，微顯斜方晶，銳鈦型的八面體呈明顯的斜方晶畸變，其對稱性低于金紅石型。金紅石型的每個八面體與周圍10個八面體相連(其中兩個共邊，八個共頂角)，而銳鈦型的每個八面體與周圍8個八面體相連(其中四個共邊，四個共頂角)，這些結構上的差異導致了這兩種晶型不同的質量密度及電子能帶結構。銳鈦型的質量密度(3.894g.cm_3)略小于金紅石型(4.250g.cm_3)，而帶隙(3.2eV)則略大于金紅石型(3.0eV)。金紅石型二氧化鈦對氧分子的吸附能力差，比表面積較小，因而光生電子和空穴容易復合，從而使其光性能受到一定影響(引自Angew.Chem.1nt.Ed.2012, 51，2727 - 2730)。而微結構是納米棒的銳鈦型二氧化鈦，在電池傳輸上有良好的特性，并且銳鈦礦晶體結構對光照有著很好的折射和吸收作用，但是目前來看，弱酸水熱體系中沒有科技文獻報告銳鈦型二氧化鈦的納米棒。現在我們在這里創造性的報道一種弱酸體系中合成的銳鈦型二氧化鈦的納米棒。
【發明內容】
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[0004]本發明的目的是為了改進現有技術的不足而提供了一種操作簡單、低成本的銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法。在弱酸體系中首次合成銳鈦型二氧化鈦的納米棒，填補了目前本領域中的技術空白。
[0005]本發明的技術方案為:一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法，其特征在于二氧化鈦納米棒形狀呈粗棒狀，合成的產物的晶型為銳鈦礦型，具體步驟如下:
[0006](I)首先在容器中加入乙酸，再加入丁二酸，溶解，
[0007](2)然后在上述溶液中加入氮氮二甲基乙酰胺，溶解，得混合溶液；
[0008](3)最后在混合溶液中加入的鈦源，混合后加入到水熱反應釜中，加熱反應；
[0009](4)反應結束后，離心干燥得到二氧化鈦納米棒。
[0010]優選步驟(1)中所述的乙酸和丁二酸的質量比為8: (1-5);步驟(2)中氮氮二甲基乙酰胺的加入質量與乙酸的質量比為(1-4):1 ;步驟(3)中鈦源的加入質量與乙酸的質量比為為(1-20):8o
[0011]優選上述的鈦源為鈦酸四丁酯、四氯化鈦或異丙醇鈦。
[0012]優選步驟(3)中加熱反應的溫度為140_180°C ;加熱反應的時間為12_60小時。
[0013]有益效果:
[0014]本發明所制備的銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒具有尺寸可控、制備過程簡單和成本低廉等特點。通過調節發明工藝可以得到不同尺寸的銳鈦礦相二氧化鈦納米棒并以此可以調控染料敏化太陽能電池、量子點太陽能電池和光催化的反應性能。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0015]圖1:為實施例1所制備的納米棒材料的SEM圖；
[0016]圖2:為實施例2所制備的納米棒材料的SEM圖；
[0017]圖3:為實施例3所制備的納米棒材料的SEM圖；
[0018]圖4為實施例1，2，3所制備的納米棒材料的XRD圖，其中a代表實施例1，b代表實施例2，c代表實施例3。
【具體實施方式】:
[0019]實施例1
[0020]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸lg，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺Sg，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯lg，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在140°C度下反應12h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長300nm。其制備的樣品SEM圖如圖1所示，從圖中可以看出該納米棒結構完整，表面均一。所制材料的XRD圖如圖4中的a線所示，可以得出所得到的的產物為銳鈦礦型晶體。
[0021]實施例2
[0022]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺30g，超聲攪拌，最后加入異丙醇鈦20g，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在180°C度下反應60h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長400nm。其制備的樣品SEM圖如圖2所不，從圖中可以看出該納米棒結構完整，表面均一。所制材料的XRD圖如圖4中的b線所示，可以得出所得到的的產物為銳鈦礦型晶體。
[0023]實施例3
[0024] 首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸lg，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺30g，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯20g，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在140°C度下反應60h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長500nm。其制備的樣品SEM圖如圖3所示，從圖中可以看出改納米棒結構完整，表面均一。其XRD圖如圖4中的c線所示，可以得出所得到的的產物為銳鈦礦型晶體。
[0025]實施例4
[0026]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺Sg，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯lg，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在140°C度下反應12h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長 200nm。
[0027]實施例5
[0028]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺20g，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯15g，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在160°C度下反應50h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長1700nm。
[0029]實施例6
[0030]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺23g，超聲攪拌，最后加入鈦酸四丁酯10g，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在180°C度下反應12h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長700nm。
[0031]實施例7
[0032]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺23g，超聲攪拌，最后加入四氯化鈦10g，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在180°C度下反應12h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長 5300nm。 [0033]實施例8
[0034]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺20g，超聲攪拌，最后加入四氯化鈦15g，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在160°C度下反應50h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長 1700nm。
[0035]實施例9
[0036]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺Sg，超聲攪拌，最后加入四氯化鈦lg，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在140°C度下反應12h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長 6200nm。
[0037]實施例10
[0038]首先在容器中加入乙酸Sg，再加入丁二酸2.5g，超聲攪拌，然后加入氮氮二甲基乙酰胺20g，超聲攪拌，最后加入異丙醇鈦15g，混合均勻后加入到水熱反應釜中，放入烘箱在160°C度下反應50h，反應結束后，取出反應釜，得到銳鈦礦相的二氧化鈦納米棒。納米棒棒長 1700nm。
【權利要求】
1.一種銳鈦礦二氧化鈦納米棒的合成方法，其具體步驟如下: (1)首先在容器中加入乙酸，再加入丁二酸，溶解， (2)然后在上述溶液中加入氮氮二甲基乙酰胺，溶解，得混合溶液； (3)最后在混合溶液中加入的鈦源，混合后加入到水熱反應釜中，加熱反應； (4)反應結束后，離心干燥得到二氧化鈦納米棒。
2.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于步驟(1)中所乙酸和丁二酸的質量比為8: (1-5);步驟(2)中氮氮二甲基乙酰胺的加入質量與乙酸的質量比為(1-4):1 ;步驟(3)中鈦源的加入質量與乙酸的質量比為為(1-20):8。
3.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的鈦源為鈦酸四丁酯、四氯化鈦或異丙醇鈦。
4.根據權利要求1所述的合成方法，其特征在于步驟(3)中加熱反應的溫度為140-1800C ;加熱反應的時間為12-60小時。
【文檔編號】C01G23/053GK103864141SQ201410105505
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月20日 優先權日:2014年3月20日
【發明者】暴寧鐘, 查晨陽, 王仙, 吉成, 沈麗明, 張曉艷 申請人:南京工業大學