12137-20-1 / 一氧化鈦的制備

【背景及概述】^[1][2][3]

一氧化鈦是一種堿性氧化物、強還原劑，易被氧化。與硫酸或鹽酸反應(yīng)放出H₂氣形成三價鈦鹽Ti₂(SO₄)₃或TiCl₃；在沸騰的硝酸中被氧化為TiO₂；與鹵素(F₂、Cl₂、Br₂等)作用形成4價鈦的化合物TiCl₄、TiOCl；在空氣中加熱至800℃時被氧化為TiO₂；與TiC和TiN可形成連續(xù)固溶體。在Ti-O系中形成連續(xù)固溶體，由包晶反應(yīng)α+L＝TiO生成，在含O為47.4-54.0%(原子百分?jǐn)?shù))范圍內(nèi)穩(wěn)定。一氧化鈦與黃金同屬面心立方晶系，在自然界中其顏色最接近黃金的顏色，因此一氧化鈦可用于裝飾行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域。

此外，一氧化鈦能作為乙烯聚合物反應(yīng)的催化劑，并在半導(dǎo)體行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。一氧化鈦是一種具有金屬光澤的金黃色物質(zhì)，具有美麗的金黃色，是自然界中顏色最接近黃金的物質(zhì)。研究表明，一氧化鈦在大氣、家庭氣氛、泥土、人工汗液，K金腐蝕劑、NaCl溶液和濃氨水中具有良好的抗變色和抗腐蝕性能，較Cu基合金仿金材料和TiN基金屬陶瓷仿金材料高幾十至幾百倍。仿金材料代替稀貴的黃金用于裝飾，具有巨大的市場需求和廣闊的應(yīng)用前景。

由于制得單一相高質(zhì)量的TiO比較困難，再加上人們對一氧化鈦的性能研究很少，所以對一氧化鈦的應(yīng)用研究也較少，一氧化鈦所獲得的應(yīng)用還不夠廣泛。鑒于一氧化鈦優(yōu)異的性能以及其在裝飾仿金領(lǐng)域的潛在需求，在不同基底上制備具有良好結(jié)合力、且有良好組成、形貌的一氧化鈦仿金薄膜對仿金材料的發(fā)展和開發(fā)鈦的新用途將具有顯著的實際意義。通常TiO仿金材料的制備方法主要粉體以及整體材料，而應(yīng)用最廣泛的薄膜材料的制備研究很少。

【理化性質(zhì)】^[1][2]

一氧化鈦化學(xué)式TiO，具有金屬光澤的固體或黑色棱柱狀晶體。存在兩種變體，轉(zhuǎn)化溫度為991℃±5℃，<991℃時穩(wěn)定態(tài)為a-TiO，面心立方晶系，晶格參數(shù)a=(4.17±0.005)×10^-8cm；>991℃時穩(wěn)定態(tài)為β-TiO，面心立方晶系，晶格參數(shù)a=(4.162±4.18)×10^-8cm。相對密度4.93，熔點1750℃，沸點高于3000℃。在真空高溫下易揮發(fā)，冷凝物為棕色或紅棕色；不溶于水。

【應(yīng)用】^[2][3]

一氧化鈦可用作乙烯聚合反應(yīng)的催化劑，還可用于制作遮光性膠卷、電極材料、黑色化妝品等。例如有研究對一氧化鈦作為電解電容器的陽極材料進行了研究。

以鈦和二氧化鈦為原料分別在1000，1200，1400，1500 ℃下制備出一氧化鈦粉末，用XRD，SEM測試方法對產(chǎn)物物相、微觀形貌進行了分析；對所制備的一氧化鈦粉末制成的陽極進行了電性能測試，測試結(jié)果表明，可以在所制備的陽極基體上形成具有介電功能的氧化膜；同時，對賦能液進行了選擇研究，結(jié)果表明，傳統(tǒng)用于鉭電解電容器的賦能液不適用于一氧化鈦電解電容器陽極的賦能，用5%的五硼酸銨溶液對一氧化鈦陽極賦能相對較好。還有研究制備了一種一氧化鈦基金屬陶瓷仿金材料，與24K黃金色度差0.005～0.010，大氣中穩(wěn)定不變色，于K金腐蝕液中，在25℃±2℃條件下不變色，時間＞40天，抗彎強度440～800MPa，斷裂韌性5.2～10.0MNm-3/2。

【制備】^[4][5]

目前，一氧化鈦的制備方法主要有氫氣氛下的鎂還原二氧化鈦法，氫氣氛下的氫還原二氧化鈦法，碳還原二氧化鈦法，鈦還原二氧化鈦法。其中鎂還原二氧化鈦法和炭還原二氧化鈦法反應(yīng)條件比較苛刻，氧含量不易控制；氫還原二氧化鈦法反應(yīng)條件苛刻，需要在高壓下才能發(fā)生反應(yīng)；鈦還原二氧化鈦法雖然能夠避免上述問題，但是受到反應(yīng)條件和化學(xué)計量比的限制，容易造成鈦的剩余或者二氧化鈦的剩余，從而不能得到高純的一氧化鈦。

方法1：按反應(yīng)計量將金屬鈦和二氧化鈦混合，在經(jīng)過真空抽氣的氧化鋁容器中加熱到1600℃進行反應(yīng)。

方法2：以三氧化二鈦和高純氫氣為基本材料，進行高溫?zé)徇€原反應(yīng)制備一氧化鈦。所述的高溫?zé)徇€原反應(yīng)過程的氫氣與三氧化二鈦按照摩爾比大于（包含）1：1的關(guān)系進行配比。所述的高溫?zé)徇€原反應(yīng)過程的反應(yīng)溫度為800～2000℃，反應(yīng)時間為1 20小時。采用三氧化二鈦作為基本原材料，用氫氣作為還原劑，通過一步熱還原反應(yīng)制備了一氧化鈦，簡化了制備工藝，提高了產(chǎn)品純度。通過改變基本原料，用三氧化二鈦替代二氧化鈦，使得氫氣在高溫條件下就能與將三氧化二鈦還原成一氧化鈦，獲得了高純一氧化鈦。

【主要參考資料】

[1] 冶銀平；杜雯；李紅軒；趙飛；權(quán)偉龍；吉利；陳建敏；周惠娣.一氧化鈦仿金納米薄膜的制備方法.CN201010606348.7，申請日2010-12-24

[2] 劉繼波, 鐘暉, 戴艷陽, 等. 一氧化鈦作為電解電容器陽極材料的研究[J]. 稀有金屬, 2007 (S1): 70-72.究

[3] 鐘暉；李慶奎；鐘海云；李薦；岳忠；楊建文；戴艷陽.一氧化鈦基金屬陶瓷仿金材料及其制造方法.CN200310116697.0，申請日2003-11-27

[4] 李慶奎, 鐘海云, 李薦, 等. 固—固反應(yīng)合成純相一氧化鈦[J]. 中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2001, 32(6): 580-582.

[5] 秦慶東；王芳平；邱仕麟；柴登鵬.一種制備一氧化鈦粉體材料的方法. CN201110372197.8，申請日2011-11-22