[發(fā)明專利]有序介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料及其合成方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810037944.0
• 申請(qǐng)日: 2008-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101322937A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)穎;錢旭芳;李和興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J21/18
• 分類號(hào): B01J21/18;B01J21/06;B01J35/10
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 吳澤群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有序介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料及其合成方法；具體為具有納米晶二氧化鈦墻壁的高氧化鈦含量有序介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料及其的制備技術(shù)。

背景技術(shù)

TiO₂是一種非常重要的光催化劑、電極材料和載體材料。Durrant等人，首次用納米晶的二氧化鈦薄膜作為蛋白載體。Gratzel等人利用TiO₂納米粒子作為染料敏化太陽(yáng)能電池和鉻電子器件材料，并將DNA吸附在由TiO₂納米粒子形成的薄膜上。所以，介孔金屬氧化物晶體材料在蛋白負(fù)載和提高氧化還原蛋白與電極之間直接電子傳遞需求迫切。主要問(wèn)題是介孔材料在晶化過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌。2004年，Li等人合成了介孔TiO₂-P₂O₅-SiO₂納米復(fù)合材料，該復(fù)合材料不僅具有有序的二維立方介孔孔道，而且金屬氧化物納米晶嵌在無(wú)定型的墻壁中。最近，復(fù)旦大學(xué)趙東元課題組發(fā)現(xiàn)二氧化硅也可以用來(lái)控制二氧化鈦的晶化從而得到有序的介孔TiO₂-SiO₂納米復(fù)合材料。這些納米復(fù)合材料是由二氧化鈦納米晶和多種玻璃態(tài)物質(zhì)組成。但是，由于二氧化硅物種本身的不導(dǎo)電性限制了其在生物電化學(xué)中的應(yīng)用。盡管碳組分也被引入介孔二氧化鈦中，但是納米晶二氧化鈦的相對(duì)含量較低，環(huán)境溫度、濕度對(duì)材料合成影響很大，難以普適。碳是導(dǎo)體材料，具有電導(dǎo)性。介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料具有大比表面積，高孔隙率，有序孔結(jié)構(gòu)，及窄孔徑分布，良好生物相容性等特點(diǎn)，使得其成為酶負(fù)載的優(yōu)良載體。到目前為止還沒(méi)有一種能可控合成介孔納米晶二氧化鈦/碳的復(fù)合材料的方法使其有望在光催化和生物傳感器上具有廣泛的應(yīng)用前景。

我們?cè)诤纂A酚醛樹(shù)脂，混合鈦源與表面活性劑的多組分體系中利用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝，合成有序介孔納米晶TiO₂/C復(fù)合材料。這種有序介孔納米晶TiO₂/C復(fù)合材料具有高介觀有序度，納米晶TiO₂構(gòu)成的晶體墻壁，大比表面積，均一的孔徑分布。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種有序介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料，這種介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料具有較高的二氧化鈦含量。

本發(fā)明的另一目的是為了提供這種復(fù)合材料的合成方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

一種有序介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料，采用混合鈦源，有機(jī)高分子和三嵌段共聚物通過(guò)溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝合成高氧化鈦含量的介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料。該復(fù)合材料具有高結(jié)晶度納米晶二氧化鈦和無(wú)定型碳組成的介孔墻壁，二氧化鈦含量可高達(dá)90％，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)高分子和混合鈦源的量來(lái)調(diào)節(jié)二氧化鈦和碳物種的含量。所得有序介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料具有二維介觀結(jié)構(gòu)，空間對(duì)稱性為p6mm；比表面積為100-400m²/g，孔容為0.1-0.5cm³/g，孔徑為2.3-5.0nm和較高的熱穩(wěn)定性。

用傳統(tǒng)方法很難得到結(jié)構(gòu)有序且結(jié)晶度高的介孔二氧化鈦材料。這主要與鈦的水解速率難以控制有關(guān)。用單一的鈦源很難控制其水解，不是過(guò)快就是過(guò)慢，因此我們采用了混合鈦源，兩種鈦源之間可以自調(diào)節(jié)控制水解。本發(fā)明中有機(jī)高分子的引入，一方面是引入碳功能組分，得到介孔二氧化鈦/碳復(fù)合材料，另一方面有機(jī)高分子的具有玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變特征，在晶化處理復(fù)合材料時(shí)可以作為“膠水”物質(zhì)將二氧化鈦納米晶固定住，從而得到具有高結(jié)晶度的納米晶二氧化鈦/碳的復(fù)合孔墻。

這種高含量二氧化鈦的介孔納米晶氧化鈦/碳復(fù)合材料的合成方法，包括以下步驟：首先將非離子表面活性劑、混合鈦源和高分子前驅(qū)體分別加入有機(jī)溶劑中，混合得到澄清溶液；待充分水解并在室溫下將溶劑揮發(fā)完全；在100-120℃下低溫?zé)峁?2-36小時(shí)；在惰性氣體保護(hù)下焙燒除去表面活性劑，再經(jīng)過(guò)高溫晶化處理，得到介孔納米晶二氧化鈦/碳復(fù)合材料。