[發明專利]一種銳鈦礦二氧化鈦納米晶介孔微球的制備方法

有效

• 申請號: 201310734463.6
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103663548A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 劉斌;姚義俊;周凱;蘇義;盛群;許文婷;王家凱;張維炎
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所 32238
• 代理人: 張立榮;杭清濤

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，具體涉及一種銳鈦礦型的二氧化鈦納米晶介孔微球的制備方法。

背景技術

納米二氧化鈦以其無毒、耐候、耐化學穩定性以及高的光電化學反應活性和超高比表面積，在新型染料敏化太陽能電池和光催化等領域被廣泛應用。納米尺寸效應不僅帶來了大的比表面積，而且極大縮短了光生電子空穴對向液固界面遷移的距離，促進了光生電子空穴對的分離，從而提高了其光電轉化效率和催化劑的光催化效率。遺憾的是，由于顆粒尺寸小，在催化使用方面回收難度大，在電池中顆粒相互結合弱，因界面散射引起的電子損耗大。

專利CN101830502A將氫氧化鈉溶液加入鈦板與雙氧水反應之后的剩余溶液，于120℃水熱反應20-64h得到單分散二氧化鈦微球。專利CN101070184A以聚合物微球作為模板，通過溶劑的溶脹滲透和后續的熱處理去除模板得到介孔二氧化鈦微球。專利CN101665268A以二水硫酸鈦為前驅物，經水熱處理、沉淀、洗滌得到多孔二氧化鈦微球。專利CN102491415A利用月桂胺輔助鈦酸丁酯快速水解、聚合自組裝形成微球，在150-180℃乙醇和水混合溶液中熱處理15-20h得到單分散銳鈦礦二氧化鈦納米多孔微球。但這些工藝方法所得到的產物都沒有同時具有銳鈦礦二氧化鈦、納米晶和介孔微球結構，并且普遍存在制備工藝復雜，能耗大，甚至使用有毒溶劑等方面的不足。

發明內容

本發明為了克服上述現有制備技術的不足，提供了一種簡單的銳鈦礦二氧化鈦納米晶介孔微球的制備工藝。所得產物尺寸均一、可調、多孔，比表面積大。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種銳鈦礦二氧化鈦納米晶介孔微球的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：配制制備溶液，以鈦酸丁酯為原料，以醇為溶劑配制鈦酸丁酯的醇溶液。以明膠為原料醋酸為溶劑配置明膠溶液，并將明膠溶液緩慢滴入鈦酸丁酯溶液，得到溶膠溶液；

步驟二、陳化烘干，將步驟一所得溶膠溶液常溫下陳化24h后，在50℃條件下烘干干燥，將得到干凝膠；

步驟三，水熱處理，將步驟二所得干凝膠放入蒸餾水中煮沸30分鐘，經過濾清洗后再用醇洗去除其中的水分，空氣中自然干燥，得到銳鈦礦二氧化鈦納米晶介孔微球。

作為優選，所述醇溶劑為甲醇、乙醇或已二醇。

步驟一中配制鈦酸丁酯的醇溶液時所用鈦酸丁酯和溶劑的體積比為1:2-5；配制明膠溶液時所用明膠和醋酸的質量百分比為2-5%；將明膠溶液加入鈦酸丁酯的醇溶液至溶液pH為2-4。

本發明方法中銳鈦礦TiO₂納米晶介孔微球的形成機理如附圖1所示，室溫下使二氧化鈦前軀體在明膠的輔助下緩慢水解，原位自組裝形成球形微球，然后經水熱處理轉化為銳鈦礦介孔微球，其中明膠在微球形狀控制和結構轉變過程中起著關鍵作用。

上述制備方法得到的一種銳鈦礦二氧化鈦納米晶介孔微球，其中的二氧化鈦為銳鈦礦二氧化鈦，微球尺寸為200-500nm，孔徑大小為2-10nm，單個微球由很多5-25nm的小晶粒構成。

本發明具有以下突出的有益效果：

本發明與現有技術相比，具有如下特點。

（1）本發明制備TiO₂納米晶介孔微球的工藝簡單，易于規模化推廣應用，所用溶劑安全環保，能耗低，具有很高的經濟價值。

（2）本發明所得到的TiO₂納米晶介孔微球尺寸為200-500nm，多孔和高比表面積，孔徑大小為2-10nm，比表面積超過100m2/g。

[0013]?（3）本發明所得到的TiO₂納米晶介孔微球具有典型的分級結構（微球尺寸為200-500nm，晶粒尺寸5-25nm），單個微球由很多5-25nm的小晶粒自組裝形成，且小晶粒之間存在明顯的晶面交錯生長現象（見附圖5），將有利于電子的快速傳輸。

（4）由二氧化鈦納米晶組成的介孔微球具有顆粒大、晶粒尺寸小及比表面積較高等優點。大的比表面積使催化劑擁有更多的反應活性點?？捉Y構有利于反應物向內部孔道的擴散、傳質和在催化劑表面的吸附以及光催化降解產物從內表面脫附。另外，多孔結構可以使光激發產生的電子和空穴更容易到達材料表面參加表面化學反應，從而提高量子轉換效率。而較大的粒徑有利于催化劑的分離、回收和重復利用。

附圖說明

圖1為本發明所得TiO₂納米晶介孔微球的形成機理示意圖；

圖2為本發明實施例2所得TiO₂納米晶介孔微球的XRD圖譜；