例3制備的接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶的透射電子顯微鏡(HRTEM)側(cè)視圖(a)及傅立葉變換圖(FFT，b)。圖中，三種晶面距分別對(duì)應(yīng)于銳鈦礦二氧化鈦的(002)，(101)及(10-1)晶面，并且晶面夾角與理論值吻合(JCPDS21-1276)，表明納米帶基本面暴露的(010)面。傅立葉變換圖進(jìn)一步證明了該結(jié)果。根據(jù)銳鈦礦二氧化鈦四方晶系的晶體對(duì)稱(chēng)關(guān)系及納米帶的幾何結(jié)構(gòu)，可知納米帶的側(cè)面暴露的是(100)晶面。由于銳鈦礦二氧化鈦的(100)晶面等同于(010)晶面，根據(jù)納米帶的幾何尺寸，計(jì)算可得暴露{010}晶面的比例接近100%。尚活性{010}晶面的暴露比例尚于現(xiàn)有最好報(bào)道結(jié)果(95%, ACS Appl.Mater.1nterfaces, 2013，5，1348)。
[0026]圖7是本發(fā)明實(shí)施例3制備的接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶的氮?dú)獾葴匚矫摳角€。根據(jù)BET方法，計(jì)算可得本發(fā)明制備的接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶的比表面積約為78m2/g，大于現(xiàn)有最好報(bào)道結(jié)果(比表面積57.lm2/g, ACS Appl.Mater.1nterfaces, 2013, 5, 1348)。
[0027]圖8是本發(fā)明實(shí)施例3制備的接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶在1個(gè)太陽(yáng)強(qiáng)度的模擬AM 1.5G太陽(yáng)光輻照下的光解水產(chǎn)氫速率與關(guān)照時(shí)間的關(guān)系。從圖可知，接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶的光解水產(chǎn)氫速率達(dá)29.lmmol/h/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)在模擬太陽(yáng)光(10.mmol/h/g, Science, 2011, 331, 746)甚至紫外光福照下(13.3mmol/h/g，Nanoscale, 2015, 1610)的現(xiàn)有報(bào)道的二氧化鈦光催化劑的最好結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下實(shí)施例旨在說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]將lOmmol Ti02粉末與50ml 12M NaOH溶液混合均勻，然后轉(zhuǎn)移至四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，置于130°C烘箱反應(yīng)48h后，自然冷卻至室溫，將釜內(nèi)產(chǎn)物傾出，然后將將白色產(chǎn)物與含5mmol苯酚的10M的H2N(yK溶液進(jìn)行醇輔助自組裝反應(yīng)，再用去離子水洗滌至PH = 5.5，100°C干燥，得超薄鈦酸納米帶，然后在空氣氛圍下，700°C焙燒lh，即得接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶。
[0031]實(shí)施例2:
[0032]將lOmmol Ti02粉末與50ml 20M NaOH溶液混合均勻，然后轉(zhuǎn)移至四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，置于120°C烘箱水熱反應(yīng)72h后，自然冷卻至室溫，將釜內(nèi)產(chǎn)物傾出，然后將白色產(chǎn)物與含lOmmol苯甲醇的10M的HC1水溶液進(jìn)行醇輔助自組裝反應(yīng)，再用去離子水洗滌至PH = 7，120°C干燥，得超薄鈦酸納米帶，然后在氧氣氛圍下，400°C焙燒5h，即得接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶。
[0033]實(shí)施例3
[0034]將lOmmol Ti02粉末與50ml 10M NaOH溶液混合均勻，然后轉(zhuǎn)移至四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，置于150°C烘箱水熱反應(yīng)48h后，自然冷卻至室溫，將釜內(nèi)產(chǎn)物傾出，然后將白色產(chǎn)物與含lmmol苯甲醇的0.1M的HC1水溶液進(jìn)行醇輔助自組裝反應(yīng)，再用去離子水洗滌至PH = 7，60°C干燥后，得超薄鈦酸納米帶，然后在氧氣氛圍下，600°C焙燒2h，即得接近100%暴露{010}晶面的銳欽礦一■氧化欽納米帶。
[0035]實(shí)施例4:
[0036]將lOmmol Ti02粉末與50ml 1M NaOH溶液混合均勻，然后轉(zhuǎn)移至四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，置于140°C烘箱水熱反應(yīng)72h后，自然冷卻至室溫，將釜內(nèi)產(chǎn)物傾出，然后將白色產(chǎn)物與含20mmol苯丙醇的5M的Η2Ν03水溶液進(jìn)行醇輔助自組裝反應(yīng)，再用去離子水洗滌至PH = 6.5，70°C干燥，得超薄鈦酸納米帶，然后在空氣氛圍下，650°C焙燒2h，即得接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶。
[0037]實(shí)施例5:
[0038]將lOmmol Ti02粉末與50ml 5M NaOH溶液混合均勻，然后轉(zhuǎn)移至四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，置于150°C烘箱水熱反應(yīng)6h后，自然冷卻至室溫，將釜內(nèi)產(chǎn)物傾出，然后將白色產(chǎn)物與含5mmol丙醇的5M的HC1水溶液進(jìn)行醇輔助自組裝反應(yīng)，再用去離子水洗滌至PH = 5.5，然后80°C干燥，得超薄鈦酸納米帶，然后在空氣氛圍下，500°C焙燒4h，即得接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶。
[0039]實(shí)施例6:
[0040]將lOmmol Ti02粉末與50ml 10M NaOH溶液混合均勻，然后轉(zhuǎn)移至四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，置于120°C烘箱水熱反應(yīng)72h后，自然冷卻至室溫，將釜內(nèi)產(chǎn)物傾出，然后將白色產(chǎn)物與含lOOmmol甲醇的0.1M的H2N(yK溶液進(jìn)行醇輔助自組裝反應(yīng)，再用去離子水洗滌至PH = 6，100°C干燥，得超薄鈦酸納米帶，然后在氧氣氛圍下，700°C焙燒3h，即得接近100%暴露{010}晶面的銳欽礦一■氧化欽納米帶。
[0041]實(shí)施例7:
[0042]將lOmmol Ti02粉末與50ml 10M NaOH溶液混合均勻，然后轉(zhuǎn)移至四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，置于140°C烘箱水熱反應(yīng)48h后，自然冷卻至室溫，將釜內(nèi)產(chǎn)物傾出，然后將白色產(chǎn)物與含2mmol 二十二醇的1M的HC1水溶液進(jìn)行醇輔助自組裝反應(yīng)，再用去離子水洗滌至PH = 6.5,120°C干燥，得超薄鈦酸納米帶，然后在空氣氛圍下，500°C焙燒5h，即得接近100%暴露{010}晶面的銳欽礦一■氧化欽納米帶。
[0043]實(shí)施例8:
[0044]將lOmmol Ti02粉末與50ml 10M NaOH溶液混合均勻，然后轉(zhuǎn)移至四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，置于140°C烘箱水熱反應(yīng)48h后，自然冷卻至室溫，將釜內(nèi)產(chǎn)物傾出，然后將白色產(chǎn)物與含lmmol S-聯(lián)萘酚的10M的H2N(yK溶液進(jìn)行醇輔助自組裝反應(yīng)，再用去離子水洗滌至PH = 6.5，90°C干燥，得超薄鈦酸納米帶，然后在氧氣氛圍下，600°C焙燒4h，即得接近100%暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶，其特征在于，該銳鈦礦二氧化鈦納米帶除兩端面之外的暴露晶面為{010}晶面，所述的二氧化鈦納米帶的厚度為5?8nm，寬度為20?30nm。2.一種暴露{010}晶面的二氧化鈦納米帶的制備方法，其特征在于，以主要暴露{010}晶面的鈦酸納米帶為原料，經(jīng)焙燒制備得到；所述的主要暴露{010}晶面的鈦酸納米帶的制備包括以下制備過(guò)程:水熱反應(yīng)、醇輔助自組裝反應(yīng)、水洗和干燥；所述水熱反應(yīng)過(guò)程為:將納米二氧化鈦與強(qiáng)堿溶液加入水熱反應(yīng)爸中，在120?170°C下水熱反應(yīng)；所述醇輔助自組裝反應(yīng)過(guò)程為:用含醇的無(wú)機(jī)酸水溶液與水熱反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述醇為碳原子數(shù)為1?22的脂肪醇、碳原子數(shù)為6?20的芳香醇中的一種或幾種。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，水熱反應(yīng)的溫度為120?150°C。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述醇與納米二氧化鈦的摩爾比為0.1:1 ?10:1。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述水洗過(guò)程為:用去離子水將醇輔助自組裝反應(yīng)后產(chǎn)物洗滌至pH = 3?7。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述干燥過(guò)程為:將水洗后產(chǎn)物在40?150°C烘干。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，水熱反應(yīng)的時(shí)間為6?72小時(shí)。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀或它們的混合物，其水溶液的濃度為1?20摩爾/升；所述無(wú)機(jī)酸溶液是鹽酸或硝酸，濃度為0.01?10.00摩爾/升。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述焙燒是指在空氣或氧氣氛圍下進(jìn)行熱處理，焙燒溫度為400-700°C。11.通過(guò)權(quán)利要求2-10任一項(xiàng)所述方法制備得到暴露{010}晶面的銳鈦礦二氧化鈦納米帶，除兩端面之外的暴露晶面為{010}晶面，所述的銳鈦礦二氧化鈦納米帶厚度為5?8nm，寬度為20?30nm。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種暴露{010}晶面的二氧化鈦納米帶及其制備方法，本發(fā)明的二氧化鈦納米帶除兩端面之外的暴露晶面為{010}晶面({010}晶面暴露比例接近100％)，其制備方法為采用主要暴露{010}晶面的鈦酸納米帶為原料，經(jīng)高溫焙燒進(jìn)行制備。主要暴露{010}晶面的鈦酸納米帶的制備過(guò)程主要包括水熱反應(yīng)、醇輔助自組裝反應(yīng)、水洗和干燥等四個(gè)過(guò)程。采用本發(fā)明的制備方法，不僅提高了高活性{010}晶面的暴露比例，同時(shí)也提高了二氧化鈦的比表面積。制備過(guò)程無(wú)需使用含氟試劑，是一種環(huán)境友好的綠色制備方法。采用本發(fā)明制備方法所制備的降低了二氧化鈦納米帶的制備溫度，有效降低了生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本。同時(shí)，由于本發(fā)明方法所制備的接近100％暴露{010}晶面的二氧化鈦納米帶具有優(yōu)異的光催化活性，可廣泛應(yīng)用于光解水、環(huán)境修復(fù)、傳感器、納米器件構(gòu)筑等領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】B82Y30/00, C01G23/053
【公開(kāi)號(hào)】CN105347393
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510770759
【發(fā)明人】羅和安, 陳烽, 趙才賢, 顏德健, 夏珺
【申請(qǐng)人】湘潭大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日