[發明專利]一種碳包覆的TiO2核殼復合納米粉體的制備方法

無效

• 申請號: 200710050748.2
• 申請日: 2007-12-12
• 公開（公告）號: CN101182635A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 姚亞東;尹光福;李永第;邵偉;康云清;黃忠兵;廖曉明;劉飛
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12;B82B3/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于納米核殼復合粉體材料制備領域，涉及一種廉價的可反復循環使用的有機碳源通過液相包覆制備包碳覆納米TiO₂核殼復合粉體的方法。

背景技術

設計和可控構筑具有核殼結構的納米復合粉體材料是最近幾年材料科學前沿的一個日益重要的研究領域。構筑新穎功能化的這類材料之所以受到研究者的青睞是因為它們具有許多獨特的性質，例如：單分散性、核殼的可操作性、穩定性、可調控性、自組裝和涉及光、電、磁、催化、化學和生物反應的能力。因此通過合理的設計實驗條件可以在很大程度上對復合納米材料的許多性質加以調控。核殼納米材料主要包括無機-有機、無機-無機、有機-有機和有機-無機等幾個類型。本發明主要涉及了一種包碳的納米TiO₂核殼復合粉體材料(可表示為TiO₂@C)的制備方法。

目前，制備TiO₂@C納米復合粉體的主要的方法有：

氣態烷烴裂解包碳法：該方法是制備包碳納米核殼復合粉體材料的常用方法，但是，該方法不能實現納米TiO₂粒子在單分散狀態下包碳，所制備的TiO₂@C粒子偏大、設備要求高、耗能大、產物純度較低等，因此也就限制了這種方法在工業上的應用。

電弧放電法：通過電弧放電促使碳氫化合物分解，無定形的碳沉積包覆在粉體表面從而制備出納米核殼復合粉體材料。該方法由于采用了電弧放電來提供熱源，所以設備成本較高同時由于瞬時溫度較高較易產生副產物，所得納米核殼復合粉體往往不純。該方法同樣不能實現納米TiO₂粒子在單分散狀態下包碳。

溶膠凝膠法：該方法一般采用鈦的醇鹽與其它的一種富碳的有機物作為原料。因此該方法的缺陷顯而易見，首先鈦的醇鹽價格相對較貴，且在潮濕的環境下極易水解；其次，相比較其它的包碳方法，該方法工藝較為復雜；最后，凝膠中的有機物在熱分解時產生的無定形碳的含量較難控制，很容易碳量不足或富集。

有機高分子包覆裂解法：該方法采用機械混合方式，首先讓高分子材料包覆在納米粉體材料上，然后進行熱處理，使有機物熱分解為無機碳膜，從而制備出包碳的納米復合粉體材料。該方法的最大缺陷是工藝較復雜較易出現無機碳富集，同時也不能實現納米TiO₂粒子在單分散狀態下包碳，因為高分子的機械混合過程很難均勻。

近年來，大量得文獻顯示，人們一直在研究使用新的有機碳源包碳來減低成本，制備出碳膜厚度均勻且厚度方便可控的包碳的納米復合核殼粉體材料。Koc，Rasit等人(Journal?ofmaterials?science?34(1999)3083-3093)以TiO₂粉為原料，通過熱分解丙烯(C₃H₆)將單質無機C沉積在TiO₂粉末上，來制備包碳的納米TiO₂復合粉體材料。Limin?Shi，Hongsheng?Zhao等人(Powder?Technology?169(2006)71-76)將Si粉加入到酚醛樹脂的酒精溶液中通過攪拌混合得到有機物包覆的復合粉體，然后在一定條件下熱處理形成無機碳包覆的復合材料，并進一步熱處理將其轉化為亞微米的SiC粉體材料。

在本發明中，我們以廉價的無定形的水合二氧化鈦為鈦源，長鏈的液態烷烴作為碳源，通過液相回流和后續熱處理的方法經制得包覆碳膜的納米TiO₂核殼復合粉體材料。

發明內容

本發明通過長時間一定溫度下回流，逐步將液態烷烴碳鏈嵌入到單分散、網絡狀的水合TiO₂骨架中去，再在真空條件及一定溫度下熱處理使有機碳鏈熱分解為無定形的無機碳并原位包覆在TiO₂粉體表面從而制備出包覆有碳膜的納米級TiO₂復合核殼粉體(TiO₂@C)。

一種有機碳源可反復循環使用，包覆有碳膜的納米級TiO₂復合核殼粉體(TiO₂@C)的制備方法。其特征包括以下具體工序步驟：

(1)備料：無水乙醇與液態烷烴混合物的體積比4∶1～6∶1，每500ml液態烷烴混合物(C₁₁-C₁₆)用25～100g水合二氧化鈦。