專利名稱：單分散球形二氧化鈦納米晶自組裝超點陣材料的制備方法
技術領域：
本發明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種單分散球形二氧化鈦納米晶自組裝超 點陣材料的制備方法。它利用雙表面活性劑輔助和快速升溫的策略，以此來合成形貌均一 的球形二氧化鈦，進而形成大面積的二氧化鈦自組裝超點陣材料。
背景技術：
自組裝形成超點陣材料的技術研究近年來引起了越來越廣泛的關注，由于超點陣 結構可以將材料的自身性能和納米晶之間的協同作用結合起來而具備一些材料粒子本身 所不具備的性能，可能在光、電、磁等領域找到重要應用。形成超點陣結構的關鍵在于能否 制備出具有高單分散性(尺寸偏差<5%)的納米晶。二氧化鈦作為一種重要的半導體氧化物，由于其穩定的性質和良好的性能已經被 廣泛應用到涂料、光電池、氣敏傳感器和光催化等領域。近年來通過改變表面活性劑或采用 雙表面活性劑的方法已經被用來合成不同形狀的二氧化鈦納米晶。部分小組通過變化升溫 與保溫過程，將其他納米粒子的形核與長大過程分開成功的制備了其他單分散性高的納米 晶。雖然二氧化鈦納米晶的制備已經得到了廣泛的研究，但不經過費時費力的尺寸篩選過 程而直接合成尺寸小于IOnm的球形二氧化鈦則很少報道，并且直接形成大面積的球形二 氧化鈦自組裝超點陣結構鮮有報道。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的局限，提供一種單分散球形二氧化鈦納米晶自組 裝超點陣材料的制備方法。單分散球形二氧化鈦納米晶自組裝超點陣材料的制備方法的步驟如下
1)將9 18ml的鈦酸四丁酯加入到60 80ml的油酸中，攪拌1 2小時；
2)加入16 20ml的十二胺，繼續均勻攪拌20 25小時，得到前驅體溶液；
3)將前驅體溶液移入不銹鋼反應釜內密封，5 10分鐘內迅速升溫到300°C，保持攪 拌，反應時間為1 10小時，自然冷卻；
4)將球形TW2納米晶分散在甲苯中形成TW2溶液，溶劑蒸發即可形成大面積的球形 二氧化鈦自組裝超點陣材料。本發明與現有技術相比具有的有益效果
1)制備的二氧化鈦納米晶為均勻的球形，是典型的銳鈦礦結構，結晶性能好，無需進一 步的熱處理，進而降低了能耗。2)具有良好的單分散性，尺寸均一，無需經過費時費力的尺寸篩選過程即可得到 直徑小于IOnm的單分散性良好的球形二氧化鈦納米晶。3)本工藝采用油酸和十二胺作為表面活性劑，雙表面活性劑的存在為進一步調整 二氧化鈦的形貌提供了可行性。4)采用的是一次快速升溫的溶劑熱過程，成本低，工藝簡單，重復性好，適合大規模工業化生產。5 )通過溶劑蒸發即可形成大面積的球形二氧化鈦自組裝超點陣結構，過程容易控 制，工藝簡單，可重復性好。
圖1為實施例1通過雙表面活性劑輔助高溫溶劑熱合成的單分散二氧化鈦納米晶 的X射線衍射圖2為實施例1通過雙表面活性劑輔助高溫溶劑熱合成的單分散二氧化鈦納米晶的透射電 鏡照片；
圖3為實施例2通過雙表面活性劑輔助高溫溶劑熱合成的單分散二氧化鈦納米晶的X射線 衍射圖4為實施例2通過雙表面活性劑輔助高溫溶劑熱合成的單分散二氧化鈦納米晶的透射電 鏡照片；
圖5為實施例3通過雙表面活性劑輔助高溫溶劑熱合成的單分散二氧化鈦納米晶的X射線 衍射圖6為實施例3通過雙表面活性劑輔助高溫溶劑熱合成的單分散二氧化鈦納米晶的透射電 鏡照片。
具體實施例方式實施例1
準確量取72ml油酸置于燒杯中，然后向其中緩慢滴加9ml的鈦酸四丁酯，在室溫下 均勻攪拌Ih制成混合溶液，再量取18ml的十二胺逐滴加入上述混合溶液中，繼續攪拌M 小時，獲得反應前驅體溶液。然后將其移入不銹鋼反應釜內密封，10分鐘內迅速升溫到 300°C，保持攪拌，反應時間為1小時，然后自然冷卻到室溫。取一滴反應后的溶液加入到 Iml的甲苯溶液中，在超聲清洗器中分散5分鐘即可獲得二氧化鈦的甲苯溶液。將該溶液在 自然環境下蒸發即可獲得局域有序的自組裝超點陣結構。圖1為產物的X射線衍射圖，該 圖表明所得產物為典型的二氧化鈦銳鈦礦結構。圖2為產物的透射電鏡照片，所得二氧化 鈦納米晶的直徑約為5.6 nm,自組裝成為短程有序長程無序的結構。實施例2
準確量取72ml油酸置于燒杯中，然后向其中緩慢滴加9ml的鈦酸四丁酯，在室溫下 均勻攪拌Ih制成混合溶液，再量取18ml的十二胺逐滴加入上述混合溶液中，繼續攪拌M 小時，獲得反應前驅體溶液。然后將其移入不銹鋼反應釜內密封，10分鐘內迅速升溫到 300°C，保持攪拌，反應時間為6小時，然后自然冷卻到室溫。取一滴反應后的溶液加入到 Iml的甲苯溶液中，在超聲清洗器中分散5分鐘即可獲得二氧化鈦的甲苯溶液。將該溶液在 自然環境下蒸發即可獲得自組裝超點陣結構。圖3為產物的X射線衍射圖，該圖表明所得 產物為典型的二氧化鈦銳鈦礦結構。圖4為產物的透射電鏡照片，所得二氧化鈦納米晶的 直徑約為8.0 nm，，自組裝成為按體心立方(111)面排列的超點陣材料。實施例3
準確量取72ml油酸置于燒杯中，然后向其中緩慢滴加9ml的鈦酸四丁酯，在室溫下 均勻攪拌Ih制成混合溶液，再量取18ml的十二胺逐滴加入上述混合溶液中，繼續攪拌M小時，獲得反應前驅體溶液。然后將其移入不銹鋼反應釜內密封，10分鐘內迅速升溫到 300°C，保持攪拌，反應時間為10小時，然后自然冷卻到室溫。取一滴反應后的溶液加入到 Iml的甲苯溶液中，在超聲清洗器中分散5分鐘即可獲得二氧化鈦的甲苯溶液。將該溶液在 自然環境下蒸發即可獲得自組裝超點陣結構。圖5為產物的X射線衍射圖，該圖表明所得 產物為典型的二氧化鈦銳鈦礦結構。圖6為產物的透射電鏡照片，所得二氧化鈦納米晶的 直徑約為8. 9 nm,自組裝成為按體心立方(111)面排列的超點陣材料。實施例4準確量取72ml油酸置于燒杯中，然后向其中緩慢滴加18ml的鈦酸四丁 酯，在室溫下均勻攪拌Ih制成混合溶液，再量取18ml的十二胺逐滴加入上述混合溶液中， 繼續攪拌M小時，獲得反應前驅體溶液。然后將其移入不銹鋼反應釜內密封，10分鐘內迅 速升溫到300°C，保持攪拌，反應時間為1小時，然后自然冷卻到室溫。取一滴反應后的溶液 加入到Iml的甲苯溶液中，在超聲清洗器中分散5分鐘即可獲得二氧化鈦的甲苯溶液。將 該溶液在自然環境下蒸發即可獲自組裝超點陣結構。實施例5
將9ml的鈦酸四丁酯加入到60ml的油酸中，攪拌1小時；加入16ml的十二胺，繼續均 勻攪拌20小時，得到前驅體溶液；將前驅體溶液移入不銹鋼反應釜內密封，5分鐘內迅速升 溫到^KTC,保持攪拌，反應時間為1小時，自然冷卻；將TiO2納米晶分散在甲苯中形成TW2 溶液，溶劑蒸發即可形成大面積的二氧化鈦自組裝超點陣材料。實施例6
將18ml的鈦酸四丁酯加入到80ml的油酸中，攪拌2小時；加入20ml的十二胺，繼續 均勻攪拌25小時，得到前驅體溶液；將前驅體溶液移入不銹鋼反應釜內密封10分 速 升溫到300°C，保持攪拌，反應時間為10小時，自然冷卻；將TW2納米晶分散在甲苯中形成 TiO2溶液，溶劑蒸發即可形成大面積的二氧化鈦自組裝超點陣材料。
權利要求
1. 一種單分散球形二氧化鈦納米晶自組裝超點陣材料的制備方法，其特征在于它的步 驟如下1)將9 18ml的鈦酸四丁酯加入到60 80ml的油酸中，攪拌1 2小時；2)加入16 20ml的十二胺，繼續均勻攪拌20 25小時，得到前驅體溶液；3)將前驅體溶液移入不銹鋼反應釜內密封，5 10分鐘內迅速升溫到300°C，保持攪 拌，反應時間為1 10小時，自然冷卻；4)將球形TW2納米晶分散在甲苯中形成TW2溶液，溶劑蒸發即可形成大面積的球形 二氧化鈦自組裝超點陣材料。
全文摘要
本發明公開了一種單分散球形二氧化鈦納米晶自組裝超點陣材料的制備方法。包括如下步驟1)將9～18ml的鈦酸四丁酯加入到60～80ml的油酸中，攪拌1～2小時；2)加入16～20ml的十二胺，繼續均勻攪拌20～25小時，得到前驅體溶液；3)將前驅體溶液移入不銹鋼反應釜內密封，5～10分鐘內迅速升溫到300℃，保持攪拌，反應時間為1～10小時，自然冷卻；4)將球形TiO2納米晶分散在甲苯中形成TiO2溶液，溶劑蒸發即可形成大面積的球形TiO2自組裝超點陣材料。本發明采用雙表面活性劑輔助和快速升溫的方法合成出單分散球形TiO2納米晶，通過溶劑蒸發即可形成大面積的球形二氧化鈦自組裝超點陣材料，具有成本低，工藝簡單等特點，適合大規模工業化生產。
文檔編號B82Y40/00GK102070192SQ201110020589
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者孔偉, 樊先平, 王智宇, 石欣超, 翁晶晶, 胡榮, 錢國棟, 陳超, 麥凱光 申請人:浙江大學