Наночастинки діоксиду титану у формі рутилу та їх упорядковані голчасті агрегати

Реферат: Описано впорядковані голчасті агрегати подовжених кристалітів ТіО 2, які схожі на нанорозмірні букети та/або трикутні воронки, а також спосіб їх одержання термічним гідролізом розчинної сполуки прекурсору ТіО2 у водному розчині в присутності структуроутворювального агента, вибраного з карбонових кислот та амінокислот. UA 114754 C2 (12) UA 114754 C2 UA 114754 C2 Перехресні посилання на споріднені заявки 5 10 15 20 25 30 35 40 Для цього винаходу заявляється пріоритет за заявкою США № 13/841,666, поданої 15 березня 2013, повний зміст якої включено в даний опис через посилання. Передумови створення винаходу Цей винахід стосується нової хімічної структури, яка включає наночастинки диоксиду титану у формі рутилу (TiO2), а більш конкретно, до впорядкованих голчастих агрегатів подовжених кристалітів TiO2, які схожі на нанорозмірні букети та/або на трикутні воронки. Диоксид титану (TiO2) відомий як типове тверде сполука, яке має фотокаталітичну активність та має практичне застосування в електронних, фотоелектричних та фотонних галузях застосування. Кристалічні форми рутил та анатаз відомі як основні кристалічні форми TiO2, які мають більш високу хімічною стійкість та більший показник заломлення, ніж аморфний TiO2. Також відомо, що частки TiO2 з високим ступенем кристалічності можуть проявляти бажану ступінь фотокаталітичної активності. Публікація патентної заявки US 2012/0132515, наприклад, описує наночастинки TiO 2 рутилу, кожна з яких має відкриту грань кристала, що робить наночастинки придатними для використання в якості фотокаталізатора та каталізатора окислення. Наночастинки TiO 2 одержують гідротермальною обробкою сполуки титану у водному середовищі у присутності гідрофільного полімеру, який являє собою полівінілпіролідон. Сполука титану при гідротермальній обробці у водному середовищі, як правило, дає стрижневоподібні кристали рутилу, диоксиду титану, який має грані (110) та (111). Однак при гідротермальній обробці у водному середовищі у присутності полівінілпіролідону отримувані стрижневоподібні кристали мають нову відкриту грань кристала (001). Слід зазначити, що гідрофільний полімер діє як стеричний стабілізатор або захисна речовина, запобігаючи, тим самим, агрегації стрижневоподібних кристалів диоксиду титану у формі рутилу. Існує потреба в покращених способах одержання нових типів наночастинок диоксиду титану 2 у формі рутилу (TiO2), які мали б велику площу поверхні, наприклад в діапазоні 120-160 м /г та великі показники заломлення для поліпшеної УФ блокуючої здатності, і мали високі характеристики ефективності при каталізі, наприклад при конверсії біомаси, а також в електронних пристроях, таких як літій-іонні акумулятори та паливні елементи. Короткий виклад суті винаходу Описані та заявлені винахідницькі концепції включають, в одному варіанті здійснення, спосіб одержання нової форми наночастинок рутилу TiO2, які є впорядкованими голчастими агрегатами подовжених кристалітів TiO2. Подовжені кристаліти TiO2 є стрижневоподібними, наприклад тонкими та/або голчастими, та мають товщину 3-5 нм та довжину, яка може варіюватися від 20 нм до 50 нм, хоча також можуть бути присутніми довші та більш короткі кристаліти. Однак подовжені кристаліти TiO2 об'єднуються разом в ході процесу, так що утворюються впорядковані голчасті агрегати, які схожі на нанорозмірні букети або трикутні воронки. Найбільший розмір наночастинок у формі воронки складає близько 100 нм. Описуваний спосіб включає: (а) приготування водного розчину розчинної сполуки титану з концентрацією титану 0,1-1,5 моль/літр, хоча переважний діапазон концентрації 0,5-1,0 моль/літр, необов'язково в присутності мінеральної кислоти; (b) введення структуроутворюючого агента або їх суміші, обраних з α- гідроксикарбонової кислоти формули R-CH(OH)COOH, α-гідроксикарбоксаміду формули R-CH(ОН)CONH2 або α 45 амінокислоти формули R-CH(NH2)COOH, де R являє групу алкана, алкена, алкина, арена або циклоалкана, який має 6 або більше атомів вуглецю, у розчин при мольному відношенні кислоти або карбоксаміду до титану 0,02-0,2 з одночасним нагріванням розчину до температури в діапазоні 60-80°C при постійному перемішуванні; 50 55 (d) введення затравки TiO2 у перемішуваний розчин при мольному відношенні затравки до TiO2 0,0005-0,0015 та підтримання перемішуваного розчину при температурі в діапазоні 60-80°C протягом 1-3 годин; (е) підвищення температури перемішуваного розчину до температури від 100°C до кипіння та підтримання зазначеної температури протягом 2-4 годин для формування продукту реакції; (f) охолодження реакційної суміші, отриманої на стадії (е), до кімнатної температури або температури навколишнього середовища; (g) необов'язково, нейтралізацію реакційної суміші; і (h) відділення та висушування продукту реакції. 1 UA 114754 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Продукт реакції потім може бути прожарений. Прожарювання, яке може проводитися в широкому діапазоні часу та температур, служить для покращення властивостей отриманих наночастинок шляхом розширення або відкриття пор структури та/або збільшення показника заломлення. Розчинне сполука титану, придатне для використання відповідно до описаного способу, включає (але не обмежується тільки ними) оксихлорид титану (TiOCl 2), оксибромід титану (TiOBr2), оксийодид титан (TiOI2), оксинітрат титану (TiO(NO3)2), трихлорид титану (TiCl3), трибромід титану (TiBr3), оксалат титану (Ti2(С2О4)3), гексафтортитанат калію (K2TiF6), гексафтортитанат амонію ((NH4)2TiF6), титанілооксалат калію (K2TiO(С2О4)2), титанілооксалат амонію ((NH4)2TiO(С2О4)2), біс(лактат амонію) дигідроксид титану ([CH 3CH(O)COONH4]2Ti(ОН)2) та їх суміші. Структуроутворюючі агенти, як описано вище, з R групами, які містять 6 або більше атомів вуглецю, включають (але не обмежуються лише цим) мигдалеву кислоту (C 6H5CH(OH)COOH), 4-гідроксимигдалеву кислоту (С6Н4(ОН)СН(ОН)СООН), бензилову кислоту ((С 6Н5)2С(ОН)СООН), 2-гідрокси-4-фенілмасляну кислоту (C6H5CH2CH2CH(ОН)СООН), 2-гідрокси-2-фенілпропіонову кислоту ((С6Н5)(СН3)С(ОН)СООН), 2-гідроксиоктанову кислоту (CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH(ОН)СООН), манделамід (C6H5CH(OH)CONH2), фенілаланін (C6H5CH2CH(NH2)COOH), тирозин (C6H4(OH)CH2CH(NH2)COOH) та їх комбінації та суміші. Крім + + + того, солі амонію (NH4 ), натрію (Na ) та калію (K ) перерахованих вище альфа-гідроксикислот (R-СН(ОН)СООН), також можуть бути використані із задовільними результатами. Описані та заявлені винахідницькі концепції включають, у другому варіанті здійснення, нові наночастинки рутилу TiO2, які отримують описаним способом. Наночастинки рутилу TiO 2, тобто продукт реакції, є впорядкованими голчастими агрегатами подовжених, тобто стрижневоподібних, кристалітів TiO2. Окремі кристаліти мають товщину в діапазоні 3-5 нм, та один кінець кожного з стрижневоподібних кристалітів з'єднаний, тобто зібраний в кластер, таким чином, що протилежні кінці кожного з кристалітів розходяться зовні відповідно до загальної форми нанорозмірного букета або воронки. Воронкоподібні структури мають діаметр в області 50 нм та висоту в діапазоні 50-100 нм. Нові наночастинки рутилу TiO2, одержувані відповідно до описаного та заявленого в цьому документі винаходу, можуть бути використані в широкому спектрі галузей застосування, включаючи (але без обмеження) УФ-фільтри, каталіз, фотокаталіз, а також в електронних, фотоелектричних та фотонних галузях застосування. Короткий опис креслень Фіг. 1 являє собою SEM (скануюча електронна мікроскопія) зображення воронкоподібних наночастинок рутилу TiO2 відповідно з винаходом. Фіг. 2 являє собою збільшене SEM зображення, яке більш детально ілюструє впорядковані голчасті агрегати подовжених кристалітів TiO2 відповідно з винаходом. Фіг. 3 являє собою ТЕМ (трансмісійний електронний мікроскоп) зображення воронкоподібних наночастинок рутилу TiO2 згідно винаходу. Фіг. 4 являє собою збільшене ТЕМ зображення воронкоподібних наночастинок рутилу TiO 2 згідно винаходу. Фіг. 5 являє собою рентгенівські дифрактограми (XRD) воронкоподібних наночастинок рутилу TiO2, отриманих відповідно до прикладу 1 та показаних на Фіг. 1. Фіг. 6 являє собою SEM зображення сформованих наночастинок рутилу TiO 2, показаних на Фіг. 1 після прожарювання при 550°C протягом 6 годин. Фіг. 7 являє собою збільшене SEM зображення сформованих наночастинок рутилу TiO2, показаних на Фіг. 6. Фіг. 8 являє собою рентгенівські дифрактограми (XRD) прожарених наночастинок рутилу TiO2, показаних на Фіг. 6, яка підтверджує присутність фази рутилу. Докладний опис винаходу Нові наночастинки рутилу TiO2, тобто впорядковані голчасті агрегати, отримують термічним гідролізом розчинної сполуки прекурсору TiO 2 або суміші таких сполук у водному розчині в присутності структуроутворюючого агента або суміші структуроутворюючих агентів при певних умовах. Термін "голчастий", в цьому винаході відноситься до габітусу кристалів, які утворюють масу розбіжних тонких, гострих кристалів, а термін "нові наночастинки рутилу TiO 2" в цьому винаході означає впорядковані подовжені агрегати голчастих кристалітів TiO 2. Цей спосіб є способом мокрого хімічного гідролізу, в якому структура впорядкованих голчастих агрегатів контролюється з використанням структуроутворюючого агента, вибраного з (i) α-гідроксикарбонової кислоти формули 2 UA 114754 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 R-CH(OH)COOH, (ii) α-гідроксикарбоксаміду формули R-СН(ОН)CONH2 або (iii) α-амінокислоти формули R-СН(NH2)COOH, в яких R- представляє групу алкана, алкена, алкинів, арена або циклоалкани, які мають 6 або більше атомів вуглецю. Процес починається підготовкою водного розчину розчинної сполуки титану з концентрацією титану 0,1-1,5 моль/літр, але переважно 0,5-1,0 моль/літр, необов'язково в присутності мінеральної кислоти. Дистильована або деіонізована вода може бути використана для приготування водного розчину, а мінеральна кислота, наприклад соляна кислота (HCl), може бути введена за необхідності регулювання швидкості гідролізу. Структуроутворюючий агент або їх суміш вводять у розчин при мольному відношенні кислоти або карбоксаміду до титану 0,02-0,4, хоча найкращі результати були отримані, коли співвідношення становило 0,02-0,2. Розчин одночасно нагрівають до температури в діапазоні 60-80°C при постійному перемішуванні. Після цього вводять затравку TiO 2 у перемішуваний розчин при мольному відношенні затравки до TiO 2 0,0005-0,0015 та перемішуваний розчин витримують при температурі в діапазоні 60-80°C протягом 1-3 годин. Затравки TiO2 зазвичай можуть включати суспензію TiO2 у формі анатазу (виробництва Millennium Inorganic Chemicals), але й інші зародки кристалізації TiO2 також можуть бути використані з задовільними результатами. Температуру перемішуваного розчину потім підвищують до значення від 100°C до температури кипіння та витримують при ній протягом 2-4 годин, під час яких формується продукт реакції. Розчин, тобто отриману реакційну суміш, потім охолоджують до кімнатної температури або температури навколишнього середовища та необов'язково він може бути нейтралізований, наприклад до рН 5-8, введенням основи, як-то розчин аміаку або розчин гідроксиду натрію. Продукт реакції потім відділяють фільтруванням та промивають деіонізованою водою для видалення солей, які утворюються при гідролізі. Отриманий відфільтрований осад можна висушити в печі або повторно суспендувати у воді та висушити розпиленням. Як зазначалося вище, продукт реакції за необхідності може прожарюватися в широкому діапазоні часу та температур, щоб покращити властивості отриманих наночастинок, наприклад шляхом розширення або розкриття пор структури та/або збільшення показника заломлення. Для досягнення найкращих результатів розчин прекурсор титану вибирають з оксихлориду титану (TiOCl2), оксиброміду титану (TiOBr2), оксийодиду титану (TiOI2), оксинітрату титану (TiO(NO3)2), трихлориду титану (TiCl3), триброміду титану (TiBr3), оксалату титану (Ti2(С2О4)3), гексафтортитанату калію (K2TiF6), гексафтортитанату амонію ((NH4)2TiF6), титанілооксалату калію (K2TiO(С2О4)2), титанілооксалату амонію ((NH4)2TiO(С2О4)2) та біс(лактату амонію)дигідроксиду титану ([CH3CH(O)COONH4]2Ti(ОН)2). Інші комерційно доступні розчинні прекурсори титану можуть бути використані в процесі та дають задовільні результати і, хоча вони і не названі тут конкретно, вони, тім неменше, охоплюються описаним та заявленим винаходом(ами). Як було зазначено вище, структуроутворюючий агент або їх суміші для здійснення цього винаходу(дів) включають (i) α-гідроксикарбонові кислоти формули R-СН(ОН)СООН, (ii) α-гідроксикароксаміди формули R-СН(ОН)CONH2 або (iii) α-амінокислоти формули R-СН(NH2)СOOH, в яких R- являє собою групу алкана, алкена, алкинів, арена або циклоалкани, які мають 6 або більше атомів вуглецю. Приклади таких структуроутворюючих агентів включають (але не обмежуються лише ними) мигдалеву кислоту (C6H5CH(OH)СOOH); 4-гідроксимигдалеву кислоту (С 6Н4(ОН)СН(ОН)СООН); бензилову кислоту ((С6Н5)2С(ОН)СООН); 2-гідрокси-4-фенілмасляну гідрокси-2-фенілпропіонову 50 кислоту (CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH(ОН)СООН); кислоту (C6H5CH2CH2CH(ОН)СООН); ((С6Н5)(СН3)С(ОН)СООН); манделамід 2-гідроксиоктанову (C6H5CH(OH)СONH2); 2 кислоту фенілаланін (C6H5CH2CH(NH2)СOOH); та тирозин (C6H4 (OH)СH2CH(NH2)СOOH). Крім того, також можна + + + використовувати солі амонію (NH4 ), натрію (Na ) та калію (K ) перелічених вище кислот та карбоксамід. 55 У переважному варіанті здійснення цього винаходу структуроутворюючим агентом є мигдалева кислота (C6H5CH(OH)COOH) та розчинним сполука титану є оксихлорид титану (TiOCl2). Спосіб за винаходом дає нові наночастинки рутилу TiO 2, тобто продукт реакції містить 3 UA 114754 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 впорядковані голчасті агрегати подовжених, тобто стрижневоподібних, кристалітів TiO 2. Окремі кристаліти мають товщину в діапазоні 3-5 нм, та один кінець кожного з стрижневоподібних кристалітів з'єднаний, тобто зібраний у кластер, так що протилежні кінці кожного з кристалітів розходяться зовні відповідно до загальної форми нано-розмірного букета або воронки. Воронкоподібні структури мають діаметр в області 50 нм та висоту в діапазоні 50-100 нм. Наночастинки рутилу TiO2 у вигляді порошку мають шукані високу питому площу поверхні та 2 об'єм пор. Переважно питома площа поверхні знаходиться в діапазоні 120-160 м /г та об'єм пор 3 в діапазоні 0,3-0,5 см /г або вище. Приклади Цей винахід буде проілюстровано більш докладно з посиланням на наступні приклади здійснення та Фіг. 1-8. Слід зазначити, однак, що ці приклади не повинні розглядатися як обмежуючі обє'м претензій описаного та заявленого винаходу(ів). Приклад 1 - Приготування воронкоподібних наночастинок з використанням карбонових кислот 1,255 г деіонізованої води, 9,5 г мигдальної кислоти (виробництва Alfa Aesar), 97 г розчину HCl (37 % виробництва Fisher Scientific) та 397 г розчину оксихлориду титану (25,2 % по TiO2, виробництва Millennium Inorganic Chemicals) змішують разом у нагрітому реакторі зі скляним холодильником та мішалкою. При постійному перемішуванні суміш нагрівають до 65°C. Додають суспензію затравки TiO2, яка містить 0,2 г TiO2 фази анатазу (виробництва Millennium Inorganic Chemicals), а реакцію гідролізу проводять при 65°C протягом 2 годин. Протягом цього періоду частинки TiO2 формуються та кристалізуються за рахунок гідролізу сполуки прекурсору, оксихлориду титану. Температуру реакції підвищують до 103°C та цю температуру підтримують протягом 4 годин. Гідроліз на цій стадії по суті є повним. Одержану реакційну суміш охолоджують до кімнатної температури та переносять в інший контейнер, де сформованим часткам дають осісти протягом декількох годин. Після того, як по суті всі частинки осіли на дно контейнера, матковий розчин, тобто рідку реакційну середу, видаляють, і в контейнер додають приблизно такий самий обсяг свіжої деіонізованої води. Потім реакційну суміш перемішують для повторного суспендування частинок, і потім рН суспензії підвищують до значення близько 7 повільним додаванням розчину аміаку (~29 %, Fisher Scientific). Частинки, які містять продукт реакції, потім відділяють від рідкої реакційної суміші з використанням воронки Бюхнера та промивають деіонізованою водою до зниження провідності фільтрату до близько 500 мкСм/см. Зразок вологого осаду на фільтрі потім зберігають у вигляді суспензії повторним суспендуванням осаду на фільтрі у невеликій кількості деіонізованої води. Зразок у формі порошку отримують висушуванням зразка суспензії у печі протягом ночі при 90°C. Рентгенівська дифрактограма (XRD) порошкоподібного зразка, представлена на Фіг. 5, показує, що зразок містить 100 % рутилу з розміром кристалітів близько 8 нм. Вимірювання методом БЕТ порошкоподібного зразка показує, що порошок має питому 2 3 поверхню 140 м /г та об'єм пор 0,34 см /г. SEM зображення зразка суспензії показано на Фіг. 1 при збільшенні 10000. Воронкоподібні наночастинки можна бачити більш чітко на Фіг. 2 при збільшенні 50000. ТЕМ зображення суспензії зразка, показане на Фіг. 3, ілюструє воронкоподібні частинки з діаметром в області 50 нм. ТЕМ зображення на Фіг.4. ілюструє загальне розміщення окремих нанорозмірних кристалітів рутилу TiO2. Воронкоподібні наночастинки, показані на Фіг. 2, прожарюють при 550°C протягом 6 годин. SEM зображення прожарених наночастинок можна бачити на Фіг. 6 (збільшення 50000) та на Фіг. 7 (збільшення 100000). Прожарювання, яке може регулюватися за часом та температурою, проводиться для покращення властивостей отриманих наночастинок шляхом розширення або відкриття пор структури та/або збільшення показника заломлення. Приклад 2 - Одержання воронкоподібних наночастинок з використанням амінокислоти Використовують ту ж процедуру, що і у прикладі 1, за винятком того, що 20,7 г фенілаланіну (виробництва Alfa Aesar) використовують як структуроутворюючий агент замість мигдальної кислоти. SEM/TEM зображення продукту реакції аналогічні тим, які показані на Фіг. 1-4. Дифрактограма порошкоподібного зразка показує, що зразок містить 100 % рутилу з розміром кристалітів близько 9 нм. Вимірювання методом БЕТ порошкоподібного зразка показує, що 2 3 порошок має питому поверхню 124 м /г та об'єм пор 0,37 см /г. Приклад 3 - Одержання воронкоподібних наночастинок з використанням карбонових кислот Використовують ту ж процедуру, що і у прикладі 1, за винятком того, що 14,3 г бензилової кислоти (виробництва Alfa Aesar) використовують як структуроутворюючий агент, замість мигдальної кислоти. SEM/TEM зображення продукту реакції аналогічні тим, які показані на Фіг. 1-4. Дифрактограми порошкоподібного зразка схожа на дифрактограми, показану на Фіг. 5 для 4 UA 114754 C2 воронкоподібних наночастинок, отриманих з використанням мигдальної кислоти, та підтверджує, що зразок містить 100 % рутилу з розміром кристалітів близько 8 нм. Дослідження 2 методом БЕТ порошкоподібного зразка показує, що порошок має питому поверхню 121 м /г та 3 об'єм пор 0,53 см /г. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Спосіб одержання наночастинок рутилу ТіО2 у формі агрегатів подовжених кристалітів ТіО2, який включає наступні стадії, на яких: (a) готують водний розчин розчинної сполуки титану з концентрацією титану 0,5-1,0 моль/літр, необов'язково в присутності мінеральної кислоти; (b) вводять структуроутворюючий агент, вибраний з (і) -гідроксикарбонової кислоти формули R-CH(OH)COOH, (ii) -гідроксикарбоксаміду формули R-CH(OH)CONH2 або (ііі) -амінокислоти формули R-CH(NH2)CООН, де R - являє собою групу алкана, алкена, алкінів, арена або циклоалкана, який має 6 або більше атомів вуглецю, або суміш таких структуроутворюючих агентів, у зазначений розчин при мольному відношенні кислоти або карбоксаміду до титану 0,02-0,2, з одночасним нагріванням розчину до температури в діапазоні 60-80 °С при постійному перемішуванні; (d) у перемішуваний розчин вводять затравку ТіО2 при мольному відношенні затравки до ТіО2 0,0005-0,0015 та перемішуваний розчин підтримують при температурі в діапазоні 60-80°С протягом 1-3 годин; (e) температуру перемішуваного розчину підвищують до значення від 100 °С до температури кипіння і цю температуру підтримують протягом 2-4 годин для формування продукту реакції; (f) реакційну суміш, отриману на стадії (e), охолоджують до кімнатної температури або температури навколишнього середовища; (g) реакційну суміш, необов'язково, нейтралізують; і (h) продукт реакції відокремлюють та висушують. 2. Спосіб за п. 1, в якому подовжені кристаліти ТіО2 мають товщину 3-5 нм та довжину 20-50 нм. 3. Спосіб за п. 2, в якому наночастинки рутилу ТіО2 є агрегатами, в яких одна група кінців подовжених кристалітів ТіО2 в кожному агрегаті з'єднана в кластер, а протилежні кінці зазначених кристалітів розходяться назовні відповідно до загальної форми воронки, яка має діаметр в області 50 нм та висоту в діапазоні 50-100 нм. 4. Спосіб за п. 1, в якому зазначений структуроутворюючий агент вибирають з мигдальної кислоти (С6Н5СН(ОН)CООН); 4-гідроксимигдальної кислоти (С6Н4(ОН)СН(ОН)СООН); бензилової кислоти ((С6Н5)2С(ОН)СООН); 2-гідрокси-4-фенілмасляної кислоти (С6Н5СН2СН2СН(ОН)СООН); 2-гідрокси-2-фенілпропіонової кислоти ((С6Н5)(СН3)С(ОН)СООН); 2гідроксіоктанової кислоти (СН3СН2СН2СН2СН2СН2СН(ОН)СООН); манделаміду (С6Н5СН(ОН)CONH2); фенілаланіну (С6Н5СН2СН(NH2)CООН); тирозину + + + (С6Н4(ОН)CН2СН(NH2)CООН); та їх солей амонію (NH4 ), натрію (Na ) та калію (K ), а також їх сумішей. 5. Спосіб за п. 1, в якому зазначену розчинну сполуку титану вибирають з оксихлориду титану (ТіОСl2), оксиброміду титану (ТіОВr2), оксийодиду титану (ТіОІ2), оксинітрату титану (TiO(NO3)2), трихлориду титану (ТіСl3), триброміду титану (ТіВr3), оксалату титану (Ті2(С2О4)3) і гексафтортитанату калію (K2TiF6), гексафтортитанату амонію ((NH4)2TiF6), титанілооксалату калію (K2ТіО(С2О4)2), титанілооксалату амонію ((NH4)2ТіО(С2О4)2), біс(лактат амонію)дигідроксиду титану ([СН3СН(О)COONH4]2Ti(ОН)2) та їх сумішей. 6. Спосіб за п. 4, в якому зазначену розчинну сполуку титану вибирають з оксихлориду титану (ТіОСl2), оксиброміду титану (ТіОВr2), оксийодиду титану (ТіОІ2), оксинітрату титану (ТіО(NO3)2), трихлориду титану (ТіСl3), триброміду титану (ТіВr3), оксалату титану (Ті2(С2О4)3); гексафтортитанату калію (K2TiF6), гексафтортитанату амонію ((NH4)2TiF6), титанілооксалату калію (K2ТіО(С2О4)2), титанілооксалату амонію ((NH4)2ТіО(С2О4)2), біс(лактат амонію)дигідроксиду титану ([СН3СН(O)COONH4]2Ті(ОН)2) та їх сумішей. 7. Спосіб за п. 6, в якому зазначений структуроутворюючий агент є мигдалевою кислотою (С6Н5СН(ОН)COOН), зазначена розчинна сполука титану є оксихлоридом титану (ТіОСl2) і зазначена затравка ТіО2 включає суспензію, яка містить 0,2 г ТіО2 в анатазній фазі. 8. Спосіб за п. 7, в якому структуроутворюючий агент є фенілаланіном (С6Н5СН2СН(NH2)CООН). 9. Наночастинки рутилу ТіО2, які являють собою впорядковані голчасті агрегати подовжених кристалітів ТіО2, які мають товщину в діапазоні 3-5 нм, в яких один кінець кожного із зазначених подовжених кристалітів ТіО2 об'єднаний в кластер, так що протилежні кінці кожного зазначеного 5 UA 114754 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 подовженого кристаліту ТіО2 розходиться назовні відповідно до форми нанорозмірної воронкоподібної структури, яка має діаметр в області 50 нм та висоту в діапазоні 50-100 нм. 10. Наночастинки рутилу ТіО2 за п. 9, одержувані способом, який включає: (a) приготування водного розчину розчинної сполуки титану з концентрацією титану 0,5-1,0 моль/л; (b) введення структуроутворюючого агента, вибраного з (і) -гідроксикарбонової кислоти формули R-CH(OH)COOH, (ii) -гідроксикарбоксаміду формули R-CH(OH)CONH2 або (ііі) амінокислоти формули R-CH(NH2)CООН, де R - являє групу алкана, алкена, алкінів, арена або циклоалкана, який має 6 або більше атомів вуглецю, або суміші таких структуроутворюючих агентів, у розчин при мольному відношенні кислоти або карбоксаміду до титану 0,02-0,2, з одночасним нагріванням розчину до температури в діапазоні 60-80 °С при постійному перемішуванні; (d) введення затравки ТіО2 в перемішуваний розчин при мольному відношенні затравки до ТіО 2 0,0005-0,0015 та підтримка перемішуваного розчину при температурі в діапазоні 60-80 °С протягом 1-3 годин; (e) підвищення температури перемішуваного розчину до значення від 100 °С до температури кипіння та підтримки зазначеної температури протягом 2-4 годин для формування продукту реакції; (f) охолодження реакційної суміші, отриманої на стадії (e), до кімнатної температури або температури навколишнього середовища; (g) необов'язково, нейтралізацію реакційної суміші; і (h) відділення та висушування продукту реакції. 11. Наночастинки рутилу ТіО2 за п. 10, в яких: (a) вказаний структуроутворюючий агент вибраний з мигдальної кислоти (С 6Н5СН(ОН)COOН); 4гідроксимигдальної кислоти (С6Н4(ОН)СН(ОН)СООН); бензилової кислоти ((С 6Н5)2С(ОН)СООН); 2-гідрокси-4-фенілмасляної кислоти (С6Н5СН2СН2СН(ОН)СООН); 2-гідрокси-2-фенілпропіонової кислоти ((С6Н5)(СН3)С(ОН)СООН); 2-гідроксіоктанової кислоти (СН3СН2СН2СН2СН2СН2СН(ОН)СООН); манделаміду (С6Н5СН(ОН)CONH2); фенілаланіну + (С6Н5СН2СН(NH2)CООН); тирозину (С6Н4(OH)H2CH(NH2)COOH); та їх солей амонію (NH4 ), + + натрію (Na ) та калію (K ), а також їх сумішей, і (b) зазначену розчинну сполуку титану вибрано з оксихлориду титану (ТіОСl2), оксиброміду титану (ТіОВr2), оксийодиду титану (ТіОІ2), оксинітрату титану (ТіО(NO3)2), трихлориду титану (ТіСl3), триброміду титану (ТіВr3), оксалату титану (Ті2(С2О4)3), гексафтортитанату калію (K2TiF6), гексафтортитанату амонію ((NH4)2TiF6), титанілооксалату калію (K2ТiО(С2О4)2), титанілооксалату амонію ((NH4)2ТіО(С2О4)2), біс(лактат амонію)дигідроксиду титану ([CH3CH(O)COONH4]2Ti(OH)2) та їх сумішей. 12. Наночастинки рутилу ТіО2 за п. 10, в яких: (а) вказаний структуроутворюючий агент вибраний з фенілаланіну (С 6Н5СН2СН(NH2)CООН) та мигдальної кислоти (С6Н5СН(ОН)CООН), або їх суміші; і (b) зазначена розчинна сполука титану є оксихлоридом титану (ТіОСl2). 6 UA 114754 C2 7 UA 114754 C2 8 UA 114754 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9