一種多級結構二氧化鈦納米花串的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及多級二氧化鈦納米結構的制備領域，具體地說，涉及一種在二氧化鈦納米帶上生長納米花串的制備方法。
【背景技術】
[0002]納米材料已成為當前材料科學研宄領域的一個重點。其中，納米材料的設計、可控制備以及在光催化領域的研宄已成為當今高新技術的熱門研宄課題。其中，納米二氧化鈦作為一種η型半導體材料，具有光催化能力強、化學穩定性好、安全無毒、無二次污染、抗光腐蝕、成本不高、原料易得等優點，在空氣凈化、污水處理、光解水制氫、抗菌、防霧自清潔、太陽能電池和化妝品等領域具有廣泛的應用。
[0003]二氧化鈦用于光催化劑、染料敏化太陽能電池等領域時，其性能主要取決于量子傳輸效率及光利用率，而這些性質又與二氧化鈦的晶體結構、形貌、比表面積及顆粒尺寸等密切相關。研宄表明，一維納米結構可以為電荷傳輸的提供通道，降低電子空穴的復合，因此多被用來提高材料的電子傳輸能力。但一維結構比表面積小，不利于染料吸附，而二維納米結構恰好克服了這一缺陷，具有非常大的比表面積，不但為反應的進行提供大量的活性位點，也有利于染料的吸附。因此，兩種結構的結合預示著更加良好的光催化性能。此外，由納米片自組裝成的三維納米花顆粒較大，可以作為光散射層，利用拉曼效應增加光的捕獲率，進一步提高材料的性能。近年來，研宄人員采用各種方法合成了多種不同形貌的二氧化鈦納米結構，大大提高了材料的效率，然而，采用溶劑熱法合成多級結構二氧化鈦納米花串的研宄卻鮮有報道，仍存在很大的研宄空間。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種在二氧化鈦納米帶上生長以納米片為基元的多級結構納米花串的制備方法，并簡化制備工藝和流程。
[0005]為實現上述的目的，本發明采用了如下技術方案:
[0006]一種多級結構二氧化鈦納米花串的制備方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一，將二氧化鈦納米帶分散在鈦源-銀源-酸的混合溶液中，攪拌使其完全溶解，其中鈦源與酸的體積比為1:10?1:100，銀源與二氧化鈦納米帶的質量比為10:1?1:1，鈦源體積與銀源質量的比為10:1?2:1 ;
[0008]步驟二，將混合均勻的懸浮液倒入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中進行水熱反應;
[0009]步驟三，將步驟二的反應結束后的沉淀產物先后用蒸餾水、無水乙醇洗滌，干燥后，研磨成粉；
[0010]步驟四，將所得粉體煅燒，即得到多級結構二氧化鈦納米花串。
[0011]優選地，所述的鈦源可以是鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯或鈦酸異丙酯。
[0012]優選地，所述的銀源可以是硝酸銀、乙酸銀、檸檬酸銀、酒石酸銀。
[0013]優選地，所述的酸可以是甲酸、乙酸、草酸、檸檬酸。
[0014]優選地，所述的水熱反應溫度為120?180°C。
[0015]優選地，所述的水熱反應時間為3?12小時。
[0016]優選地，所述的干燥為常壓干燥或真空干燥。
[0017]所述的干燥是在60V?80°C下干燥6?24小時。
[0018]優選地，所述的煅燒，溫度為300?600°C，時間為0.5?3小時。
[0019]優選地，所述的煅燒在馬弗爐中進行。
[0020]在本發明的一個優選技術方案中，以鈦酸四丁酯作為鈦源，乙酸為溶劑，二氧化鈦納米帶為結構支架和再結晶位點，硝酸銀通過控制形核再結晶來達到調控形貌的目的；此時:將二氧化鈦納米帶分散在鈦酸四丁酯-硝酸銀-乙酸的混合溶液中，攪拌使混合溶液完全溶解；該混合溶液中:所述鈦酸四丁酯(ml)、硝酸銀(g)、乙酸(ml)的比例為:0.5:0.1:40，所述二氧化鈦納米帶與硝酸銀的重量比為0.05:0.1 ;將混合均勻的懸浮液倒入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中進行水熱反應，反應結束后將沉淀產物用蒸餾水、無水乙醇洗滌，在60°C?80°C下干燥6?24小時后，研磨成粉；將所得粉體在馬弗爐中煅燒，得到目標產物多級結構二氧化鈦納米花串。
[0021]本發明中，酸發揮了多重作用，不僅作為溶劑，起溶解和分散的作用，并可以顯著降低了鈦源的水解速率，控制產品形貌，對納米片及其自組裝成的納米微球的形成至關重要。
[0022]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0023]本發明采用溶劑熱法，將鈦源在含有銀源和二氧化鈦納米帶的酸液中直接水解，通過各組分對形核再結晶的控制以及對反應溫度和時間的調節，成功使花狀二氧化鈦沿納米帶方向生長，從而形成串狀結構；且產物分布均勻，比表面積大，具有很高的光催化性能。同時該方法合成該方法工藝和流程簡便，參數可調范圍寬，可重復性強，成本低，易于實現工業化生產，得到的多級結構二氧化鈦納米花串在催化、環境保護、新能源等諸多領域具有很高的潛在應用價值。
【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0025]圖1:實例I所得到的二氧化鈦的SEM圖譜。
[0026]圖2:實例2所得到的二氧化鈦的TEM圖譜。
[0027]圖3:實例I所得到的二氧化鈦的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0029]實施例1
[0030](I)取0.5毫升鈦酸四丁酯、40毫升乙酸及0.1克硝酸銀配制成混合溶液，進行攪拌;
[0031](2)將0.05克二氧化鈦納米帶分散在上述溶液中，攪拌使之混合均勻；
[0032](3)將上述懸浮液放入聚四氟乙烯襯里的不銹鋼高壓釜中，150°C下水熱反應6小時；
[0033](4)反應結束后將沉淀產物用蒸餾水、無水乙醇洗滌，在80°C下干燥6?24小時后，研磨成粉；
[0034](5)將所得粉體放在馬弗爐中，450°C下煅燒30分鐘，即可得到多級結構二氧化鈦納米花串。
[0035]將所得產物分別用SEM和XRD對其結構和晶型晶型表征，圖1為此反應條件下所得的二氧化鈦的形貌。從圖中可以看出，有二氧化鈦微球及串狀結構的形成，微球是以二維納米片為基元自組裝而成的，直徑在2微米左右，并均勾分布在二氧化鈦納米帶上。從XRD圖(圖3所示)中可以看出，制備的產物為結晶度很高的銳鈦礦型二氧化鈦。通常銳鈦礦型打02光催化活性較高，且高的結晶度使得T12具有較少的表面缺陷，可以降低光生電子和空穴的復合，從而提高光催化活性。
[0036]實施例2
[0037](I)取0.5毫升鈦酸四丁酯、40毫升乙酸及0.1克硝酸銀配制成混合溶液，進行攪拌;
[0038](2)將0.05克二