王 東，劉玉芳，張 旭

（哈爾濱師范大學化學化工學院，黑龍江哈爾濱150025）

類海膽形二氧化鈦納米晶的制備及生長過程研究*

王 東，劉玉芳，張 旭*

（哈爾濱師范大學化學化工學院，黑龍江哈爾濱150025）

用水熱法制備了由納米棒自組裝生長的類海膽形狀的TiO2納米晶，所得產物經X射線粉末衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）表征，證實了類海膽形狀微結構是由納米棒組成的。根據不同反應時間得到的產物形貌推測了類海膽形狀微結構的形成過程。

類海膽形；二氧化鈦；納米晶；生長過程

二氧化鈦（TiO2）因其具有高催化活性、良好的化學穩(wěn)定性和無毒價廉等優(yōu)點而成為備受關注繼而廣泛研究的光催化材料之一，顯示出廣闊的應用前景[1-4]。TiO2的制備方法有很多，已報道的有氣相法[5]、溶膠-凝膠法[6-8]、微乳液法[9，10]、水熱合成法[11]等，其中水熱法因為工藝簡單、成本較低，所以應用最為廣泛。鑒于納米材料的形貌在一定程度上對其性能有影響，所以科研工作者們竭盡所能制備了多種形貌的納米TiO2期望其能在更多的領域得到應用。

本實驗以C16H36O4Ti（鈦酸四丁酯）和H2O2為反應物，調節(jié)溶液至酸性，用水熱法合成了由納米棒自組裝生長的類海膽形TiO2納米晶，并分析了其生長過程。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

本次試驗中所用的鈦酸四丁酯、H2O2、乙醇和HAc均為分析純。

DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱；TGL-16C型臺式離心機；BS-2005型電子分析天平。

1.2 類海膽形TiO2納米晶的合成

取適量C16H36O4Ti置于30mL乙醇中混合均勻，向其中加入H2O2攪拌，溶液迅速變成亮黃色，然后用HAc調節(jié)溶液pH值至酸性，攪拌一段時間后，將反應液轉移到聚四氟乙烯為內襯的反應釜內，于120℃下加熱12h。待反應完畢自然降溫后，產物用蒸餾水和無水乙醇各洗滌3次，在80℃下加熱干燥10h，最后得到白色粉末。

1.3 產物的表征

用X射線粉末衍射儀（XRD，RINT2000,日本理學）分析產物的物相和組成。用掃描電子顯微鏡（SEM，Hitachi SU70，加速電壓15kV）觀察產物的形貌、尺寸及分散情況。

2 結果與討論

2.1 產物的結構與形貌表征

圖1為所制備的產物的XRD圖。

圖1 所制備的產物的XRD圖Fig.1 XRD pattern of the as-prepared product

經與標準卡片（JCPDS No.21-1272）對比，所有的衍射峰與標準卡片上的銳鈦礦相TiO2的衍射峰相吻合，從而證明合成的產物是純的銳鈦礦相TiO2。

圖2為所制備的產物的掃描電鏡圖。

圖2產物的掃描電鏡圖Fig.2SEM images of product:（a）lots of product,（b）an individual product

圖2 a是大量產物的全景圖，可以看到產物的形狀類似海膽，大小較均一。圖2b是單個產物的電鏡圖，可看出其是由多個納米棒組成的，棒長約500nm，直徑約40nm。

3 類海膽形TiO2納米晶的生長過程研究

為研究類海膽形TiO2納米晶的生長過程，在保持其它反應條件不變的情況下考察了不同反應時間得到的產物的形貌。圖3a是反應時間為1h時得到的產物的電鏡照片；圖3b是反應時間為2h時得到的產物的電鏡照片。

圖3 產物的電鏡照片Fig.3 FE-SEM images of product obtained from different reaction times by keeping the other conditions unchanged:（a）1 h,（b）2h

由圖3可看出，此時已有部分產物的表面生長出長短不一的棒，還有些產物尚未生長納米棒。由圖可知，此時大多數產物的形貌與3h得到的產物形貌相似，只有很少量的產物的形貌沒有生長完全。由此推出3h是最佳反應時間。

圖4是類海膽形TiO2納米晶的生長過程示意圖。

圖4 類海膽形TiO2納米結構的生長過程示意圖

Fig.4 Schematic diagram of growth process of urchin-like

TiO2nanocrystals

反應之初（1h前）產物呈不規(guī)則球形，隨著反應時間的延長在球體表面開始生成一些凸起并慢慢地發(fā)展成納米棒。繼續(xù)延長反應時間至2h，已經有大部分產物形成類似海膽形狀，只有小部分未生長完全。反應時間為3h時所有產物均長成類似海膽形狀。

4 結論

用水熱法成功地制備了由納米棒自組裝生長的類海膽形TiO2納米晶。產物形貌尺寸均一，納米棒長約500nm，直徑約40nm。XRD表征結果證明產物是純的銳鈦礦相TiO2。通過調控反應時間研究了產物的形貌演變過程，發(fā)現類海膽形納米晶是由類球形產物的表面逐漸形成凸起，隨著反應時間的延長凸起逐漸長大形成納米棒，最終形成類海膽形結構。

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Preparation of urchin-like titanium dioxide nanocrystals and investigation on its growth process*

WANG Dong，LIU Yu-fang，ZHANG Xu
（College of Chemistry&Chemical Engineering,Harbin Normal University,Harbin 150025,China）

Titanium dioxide TiO2nanocrystals composed of lots of nanorods were prepared by a facile hydrothermal method.The as-prepared product was characterized by X-ray diffraction（XRD）and scanning electron microscopy（SEM）,it is confirmed that the urchin-like structures was composed of nanorods.The growth process of the urchin-like TiO2nanocrystals was depicted on the grounds of the time-dependent experiments.

urchin-like；titanium dioxide；nanocrystals；growth process

O614.41

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20151216

2015-09-28

哈爾濱市科技局青年創(chuàng)新人才資助項目（No.2010RFQXS0 71）

王東（1990-），男，在讀碩士研究生，研究方向：無機化學。

張旭（1971-），女，教授，博士，材料化學。