一種多元復合Ag?Pt?TiO₂納米管制備技術的制作方法

一種多元復合Ag?Pt?TiO₂納米管制備技術的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多元復合Ag?Pt?TiO2納米管制備技術，采用該工藝生產復合納米管可以有效地縮短納米管的生長時間，提高納米管的生產效率。由于生產過程中，不再使用高壓反應釜等加壓設備，極大地降低設備投入成本。由于在高溫條件下納米顆粒TiO2與強堿已經形成鈦酸鹽，縮短了生成溶解性小的片狀鈦酸鹽時間，與此同時加入摻雜元素Ag和Pt，形成鈦酸銀以及鈦酸鉑化合物，摻雜元素Ag和Pt部分參與TiO2納米管的晶格構成.本發明是在常壓條件下制備復合納米管，成本低，制備的納米管的長度大幅提高，所需時間短，制得的復合納米管性質穩定，而且有效地提高該復合納米材料的光催化特性。
【專利說明】
一種多元復合Ag-Pt-T i O2納米管制備技術
技術領域
[0001]本發明屬于材料領域，涉及一種多元復合Ag-Pt-Ti02納米管制備技術。
【背景技術】
[0002]T12是一種重要的無機功能材料，因其具有活性高、穩定性好、無二次污染、對人體無害且價格便宜，在太陽能的儲存與利用、光電轉換、光致變色及光催化降解大氣和水中的污染物等領域有廣闊的應用。自1991年由Iijima發現碳納米管以來，吸引了人們對納米管材料研究的極大興趣。T12納米管作為T12納米材料的一種存在形式。管狀結構的二氧化鈦因其長徑比以及納米尺度的中空孔道，如果能在管中裝入更小的無機、有機、金屬或磁性納米粒子組裝成復合納米材料，則T12納米管的光電性能和催化活性將得到大大的改善。管徑小于1nm的開口、中空T12納米管還往往表現出顯著的尺寸效應，以及納米管比納米膜具有更大的比表面積，因而具有較高的吸附能力，大大改善T12的光電、電磁及催化性能，進一步拓寬其在傳感器、儲氫材料、太陽能利用、光催化劑等領域應用。
[0003]T12納米管的制備方法，主要有水熱法和陽極氧化法兩種方法。操作簡單、成本低廉的水熱合成法是目前制備Ti02納米管最普遍的方法之一。水熱法是指在高溫下將Ti02納米顆粒與堿液(通常選用廉價的NaOH溶液)進行反應得到鈦酸鹽，再經過離子交換以及焙燒從而制備T12納米管的方法。據現有的文獻報道:采用溫和的水熱法制備T12納米管的方法無外乎就是在高壓釜內將T12納米顆粒與NaOH的水溶液進行混合，恒溫數天，洗滌并煅燒鈦酸鹽沉淀，最終制得T12納米管。
[0004]Hong Rui Peng等采用銳鈦礦相T12納米粒子與NaOH水溶液在更高的水熱處理溫度(>190°C)下合成反應，經500°C高溫煅燒一小時，制得管徑5-15nm、長度可達幾百納米至幾微米的束狀結構T12納米管。梁建等將一定濃度的NaOH水溶液50ml與市售的T12粉體顆粒按一定的比例混合攪拌后，得到的白色懸濁液裝入聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，將高壓釜放入加熱爐后，升溫至130°C，進行為期2?3天的恒溫水熱處理。白色沉淀物用去離子水洗滌至中性，粉體在60°C烘干，即得到T12納米管。Ming-deng Wei等將市售試劑Na2CO3和銳鈦礦T12以1:3的比例進行混合，于1000 °(:高溫融熔2h，融塊被置于30ml高壓釜內并在140?170°C保溫5?18天。再經過濾、洗滌以及60°C下干燥4h后得到T12納米管產品。
[0005]李靜玲等使用堿熔-水熱法，將AgNO3引入T12納米管，制備了復合Ag-T12納米管材料，并對其形貌和性能進行了研究。為了更進一步拓展該工藝用于其它材料的制備中，
【申請人】提出更為詳細的制備方案，獲取多元復合Ag-Pt-T12納米管材料。
[0006]傳統的水熱法合成T12納米管優點是操作簡單，成本低廉。因為受到T12納米管生長機理的局限性，形成中間產物鈦酸鹽所需反應時間較長，形成T12納米管的管徑小及長度到限等問題，T12納米管的長度和厚度控制一般通過以下措施加以調節:(I)提高水熱反應的溫度(如將110?120°C — 170?190°C); (2)增加壓力(使用高壓釜)；(3)延長水熱時間(由2?3天—十幾天)；(4)提高堿熔反應的溫度至1000°C。其缺點體現在:(I)使用高壓反應釜，增加設備投資；(2)水熱耗時較長；(3)水熱溫度較高；(4)摻雜元素在水熱過程中加入，附著在納米管上的摻雜元素參與鈦酸鹽形成的納米管結晶度不高、易脫落等方面。
[0007]為了解決這些問題，
【申請人】提出常壓下，強堿熔融-水熱法生產多元復合T12納米管工藝。采用該工藝生產復合納米管可以有效地縮短納米管的生長時間20%?50%，大大提高納米管的生產效率。由于生產過程中，不再使用高壓反應釜等加壓設備，極大地降低設備投入成本。由于在高溫條件下納米顆粒T12與強堿熔融條件下已經形成鈦酸鹽，縮短了水熱時生成鈦酸鹽時間。與此同時，加入摻雜元素，可參與T12納米管的晶格構成，形成復合納米管材料。研究表明:在較低的水熱反應溫度IlOtC和較短的水熱時間2天即可獲得幾百納米?數微米長度的T12納米管，并且T12納米管的穩定性和化學特性有所提高。
[0008]技術方案:
[0009]本發明所要解決的技術問題在于提供一種多元復合Ag-Pt-T12納米管材料制備方法。該方法是在常壓條件下制備復合納米管，成本低，制備的納米管的長度大幅提高，所需時間短，制得的復合納米管性質穩定，而且有效地提高該復合納米材料的光催化特性。
[0010]本發明是采用如下技術方案實現的:
[0011]一種多元復合Ag-Pt-T12納米管材料的制備方法，包括如下步驟:
[0012]步驟一:常壓下，將10重量份的納米粒子Ti02、80重量份的Na0H、0.1?5重量份的Ag+和0.1?5重量份的Pt3+置于銀坩禍內，充分混勻；
[0013]步驟二:將銀坩禍置于600?750V的高溫爐內熔融30?60分鐘，取出坩禍，然后冷卻至室溫形成堿熔熔塊；
[0014]步驟三:將所述堿熔熔塊放入聚四氟乙烯塑料燒杯里，加入蒸餾水溶解，蒸餾水加入量需保證溶液中NaOH的濃度不低于I Omo I /L;
[0015]步驟四:將聚四氟乙烯塑料燒杯蓋上杯蓋，置于干燥器內；
[0016]步驟五:將所述干燥器置于110?1300C烘箱內保溫2?5天進行水熱反應；
[0017]步驟六:取出聚四氟乙烯塑料燒杯冷卻至室溫，用自來水洗滌沉淀物至中性；
[0018]步驟七:用體積分數為2%的HNO3洗滌沉淀物三遍以上；
[0019]步驟八:用蒸餾水洗滌沉淀物至近中性；
[0020]步驟九:將沉淀物轉移至玻璃燒杯內，再將玻璃燒杯置于高溫爐內，以5°C/min的升溫速度從室溫升至500°C，煅燒2小時，冷卻至室溫，研磨沉淀物制得成品。
[0021]與現有技術相比，本發明具有以下優點
[0022]1.與高壓釜制備工藝相比，在常壓條件下制備復合納米管；
[0023]2.制備時間和長度提高，即效率提高；
[0024]3.貴金屬Ag和Pt的摻雜量可以根據材料性能要求任意調節。
[0025]4.該制備工藝對該復合納米材料的比表面積增加2?4倍。
[0026]5.摻雜的貴金屬Ag和Pt直接參與鈦酸鹽納米晶的晶體組成。摻雜元素不易脫落，對其光電特性以及光催化特性影響大于20 %。
【具體實施方式】
:
[0027]實施例1
[0028]一種多元復合Ag-Pt-T12納米管材料的制備方法，包括如下步驟:
[0029]步驟一:常壓下，將10重量份的納米粒子Ti02、80重量份的Na0H、0.1?5重量份的Ag+和0.1?5重量份的Pt3+置于銀坩禍內，充分混勻；
[0030]步驟二:將銀坩禍置于600?750 V的高溫爐內熔融30?60分鐘，取出坩禍，然后冷卻至室溫形成堿熔熔塊；
[0031 ]步驟三:將所述堿熔熔塊放入聚四氟乙烯塑料燒杯里，加入蒸餾水溶解，蒸餾水加入量需保證溶液中NaOH的濃度不低于I Omo I /L;
[0032]步驟四:將聚四氟乙烯塑料燒杯蓋上杯蓋，置于干燥器內；
[0033]步驟五:將所述干燥器置于110?1300C烘箱內保溫2?5天進行水熱反應；
[0034]步驟六:取出聚四氟乙烯塑料燒杯冷卻至室溫，用自來水洗滌沉淀物至中性；
[0035]步驟七:用體積分數為2%的HNO3洗滌沉淀物三遍以上；
[0036]步驟八:用蒸餾水洗滌沉淀物至近中性；
[0037]步驟九:將沉淀物轉移至玻璃燒杯內，再將玻璃燒杯置于高溫爐內，以5°C/min的升溫速度從室溫升至500°C，煅燒2小時，冷卻至室溫，研磨沉淀物制得成品。
[0038]本發明為常壓下堿熔-水熱法生產T12納米管工藝。采用該工藝生產復合納米管可以有效地縮短納米管的生長時間，提高納米管的生產效率。由于生產過程中，不再使用高壓反應釜等加壓設備，極大地降低設備投入成本。由于在高溫條件下(600?750°C)納米顆粒T12與強堿已經形成鈦酸鹽，縮短了生成溶解性小的片狀鈦酸鹽時間，與此同時加入摻雜元素Ag和Pt，形成鈦酸銀以及鈦酸鉑化合物，摻雜元素Ag和Pt部分參與T12納米管的晶格構成。研究表明:在較低的水熱反應溫度110?130°C和較短的水熱時間2?5天即可獲得的多元復合Ag-Pt-T12多元復合納米管，并且其比表面積增加2?4倍。其熱穩定性以及化學特性如光催化性有所提高。
【主權項】
1.一種多元復合Ag-Pt-T12納米管材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:常壓下，將10重量份的納米粒子Ti02、80重量份的Na0H、0.1?5重量份的Ag+和.0.1?5重量份的Pt3+置于銀坩禍內，充分混勻； 步驟二:將銀坩禍置于600?750°C的高溫爐內熔融30?60分鐘，取出坩禍，然后冷卻至室溫形成堿熔熔塊； 步驟三:將所述堿熔熔塊放入聚四氟乙烯塑料燒杯里，加入蒸餾水溶解，蒸餾水加入量需保證溶液中NaOH的濃度不低于I Omo I /L; 步驟四:將聚四氟乙烯塑料燒杯蓋上杯蓋，置于干燥器內； 步驟五:將所述干燥器置于110?130°C烘箱內保溫2?5天進行水熱反應； 步驟六:取出聚四氟乙烯塑料燒杯冷卻至室溫，用自來水洗滌沉淀物至中性； 步驟七:用體積分數為2 %的HNO3洗滌沉淀物三遍以上； 步驟八:用蒸餾水洗滌沉淀物至近中性； 步驟九:將沉淀物轉移至玻璃燒杯內，再將玻璃燒杯置于高溫爐內，以5°C/min的升溫速度從室溫升至500°C，煅燒2小時，冷卻至室溫，研磨沉淀物制得成品。
【文檔編號】B01J23/50GK106064085SQ201610415206
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月14日 公開號201610415206.X, CN 106064085 A, CN 106064085A, CN 201610415206, CN-A-106064085, CN106064085 A, CN106064085A, CN201610415206, CN201610415206.X
【發明人】李靜玲, 廖薇, 蔣柱武, 余根鼎, 余巧鶯, 翁晴, 林恬, 彭蕾
【申請人】福建工程學院