[發明專利]中孔二氧化鈦納米顆粒及其制備方法

有效

• 申請號: 201280062004.1
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN103998379A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: G·付;M·瓦特森
• 申請（專利權）人: 水晶美國股份公司
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 柳冀

發明背景

本公開和要求保護的發明構思總體上涉及中孔二氧化鈦(TiO₂)納米顆粒，更具體地，涉及一種新型TiO₂納米顆粒，其粒度高度均勻并且含有中孔尺寸范圍內的通常均勻的顆粒內孔。

多孔納米顆粒，特別是具有輪廓分明的孔和狹窄的孔尺寸分布的那些，在催化中、作為催化劑載體、吸附劑、在光學中、光伏和分離用過濾材料具有高應用潛力。控制顆粒微結構可以控制物理和電子性能，這又產生新的功能化材料。

美國專利申請公布2006/0110316和2011/0171533分別涉及中孔金屬氧化物和中孔鈦氧化物，該中孔鈦氧化物可以通過沉淀離子成孔劑和金屬(即鈦)水合氧化物的配混物來制備，該配混物包含鈦起始材料、堿和溶劑，其中該鈦起始材料或溶劑或者二者是離子成孔劑的陰離子源，該堿是離子成孔劑的陽離子源。將離子成孔劑從沉淀物中除去，回收中孔鈦氧化物。但是，需要制備TiO₂納米顆粒的方法，該TiO₂納米顆粒表現出一致的顆粒形態、均勻的粒度、球形，并且其含有中孔尺寸范圍內的均勻顆粒內孔。

發明概述

本公開和要求保護的發明構思涉及尺寸為約20nm至約100nm的大致均勻的球形納米顆粒形式的鈦氧化物即TiO₂，其中每個顆粒包含大致均勻的顆粒內中孔，其具有以約2nm至約12nm之間的值為中心的基本上均勻的孔尺寸分布。在優選的實施方案中，TiO₂納米顆粒大致為尺寸50nm左右的球形，并且呈現出以約6nm為中心的顆粒內中孔。

TiO₂納米顆粒是納米顆粒呈現出雙峰孔尺寸分布的粉末材料。一個峰來自于上述顆粒內孔即各納米顆粒內的孔。另一個峰源于納米顆粒的堆積布置即空隙間孔，其具有以約15nm至約80nm之間為中心的基本上均勻的孔尺寸分布。在優選的實施方案中，由這種納米顆粒形成的TiO₂粉末材料具有以約35nm為中心的基本上均勻的顆粒間孔尺寸分布。

根據本公開或要求保護的發明構思的TiO₂納米顆粒通過以下來制備：

(i)在有機酸存在下，以0.02至0.2的酸與鈦摩爾比、0.5至1.5摩爾/升的濃度，形成水溶性鈦化合物的水溶液；

(ii)將該水溶液加熱至70℃至80℃范圍內的溫度并將該溫度保持1小時至3小時，然后將該水溶液加熱至100℃至回流溫度范圍內的溫度并將該溫度保持另外2小時至4小時；

(iii)將該溶液冷卻至室溫或環境溫度即25℃左右的溫度，并分離反應產物。

本發明的方法能夠為這種TiO₂納米顆粒產生一致均勻的粒度，其能夠被控制在約20nm至約100nm的尺寸范圍內。顆粒內中孔呈現出以約2nm至約12nm之間的值為中心的狹窄的孔尺寸分布。這種納米顆粒的粉末材料還呈現出基本上均勻的顆粒間孔，其具有以約15nm至約80nm之間為中心的孔尺寸分布。借助在這種納米顆粒產品之一上的N₂吸附(BET)而進行孔尺寸分布測量揭示出該材料具有兩種中孔。一種中孔即顆粒內中孔以約6nm為中心，通過SEM也觀察到這一點。另一種孔以約35nm為中心，據信這些是由各納米顆粒的堆積布置產生的顆粒間孔。根據所述和所要求保護的發明構思制備的納米顆粒材料通過N₂吸附(BJH)測量具有0.2至0.6cm³/g的孔體積。

附圖說明

圖1A和1B描述了根據本文所述的發明構思制備的中孔TiO₂納米顆粒樣品的掃描電鏡(SEM)圖像。

圖2是根據實施例1所述的發明構思制備的TiO₂納米顆粒的孔尺寸分布圖。

圖3是根據實施例2所述的發明構思制備的TiO₂納米顆粒的孔尺寸分布圖，其中第一樣品在200℃的溫度處理，第二樣品在300℃的溫度處理。

圖4是根據實施例3所述的發明構思制備的TiO₂納米顆粒的孔尺寸分布圖。

圖5是根據實施例4所述的發明構思制備的TiO₂納米顆粒的孔尺寸分布圖。

發明詳述