[發明專利]一種介孔二氧化鈦材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410231843.2
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN103979605A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 王偉;阮成東;茹紅強
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 吳開磊

技術領域

本發明涉及介孔材料領域，具體而言，涉及一種介孔二氧化鈦材料及其制備方法。

背景技術

解決能源危機和環境問題成為人類21世紀實現可持續發展所必須面對的挑戰。過去幾十年中科學與技術的進步,特別是納米科學與技術的飛速發展，是人類積極面對能源與環境雙重壓力下所做努力的最好注解與證明。自從1972年Fujishima等發現二氧化鈦電極在紫外光照射下可以電解水以后，納米TiO₂在諸如光伏、光催化、光電化學和光電傳感器等領域都被證明具有重要的應用前景，因而引起了世界范圍內對其研究的熱潮。1992年，Antonelli等首次通過表面活性劑與鈦物種之間的自組裝原理制備出介孔二氧化鈦材料以來，介孔二氧化鈦材料逐漸成為能將卓異的微觀結構與優秀的宏觀應用性能形成較好契合的代表性納米二氧化鈦材料，在光催化、光電轉換，鋰電池、傳感器等方面具有重要的應用前景。

對于介孔二氧化鈦材料的制備，目前主要有三類：無模板法、硬模板法和軟模板法。相比無模板法和硬模板法，軟模板法在設計和制備介孔二氧化鈦材料有極大的靈活性，允許在孔型、連通性、孔徑等方面對介孔結構在制備之前進行設計或在制備過程中進行調節，制備體系本身不需要復雜的設備和繁復的步驟。因此，軟模板法也是研究最多的一種制備介孔二氧化鈦材料的方法。

軟模板法采用離子型、非離子型(包括一些高分子型)表面活性劑以及復合軟模板用于介孔二氧化鈦材料的制備，可以得到不同孔徑、孔型、晶型和形貌(不同顆粒形貌的粉體、薄膜和整體柱等)的介孔二氧化鈦材料。目前的研究雖然取得了很大的進展，但是，仍存在一些問題，主要表現在以下幾個方面：(1)介孔TiO₂結構的熱穩定性相對較差。在較高溫度下的熱處理過程經常會導致介孔結構的坍塌,直接表現為比表面積的顯著降低[胡金林,楊其浩,陳靜,王太亞,林鶴,錢海生,化學進展,2013,25,2080]。(2)孔結構的調節較大程度上受限于“軟”模板劑的尺寸(分子量及所形成膠束的尺寸)。目前的情形是，以商品化的表面活性劑所能制備的介孔TiO₂的孔徑一般小于10nm，孔體積一般介于0.01-0.7cm³g^-1[萬穎,錢旭芳,李和興,中國發明專利，200810037944.0，2008。余濟美，中國發明專利，02119304.5，2003]，這無疑限制了介孔TiO₂在一些需要高速傳質過程和/或需要擔載輔助催化劑(如對于催化、鋰電池等)情況下的應用。(3)制備體系的簡便性和環保性仍需進一步提高。制備過程需要對二氧化鈦前驅體的水解和縮聚反應進行有效的控制，因此制備體系較復雜，過程較冗長，制備時間可長達數周；而經常需要非極性溶劑(如小分子的醇類)的使用，制備體系不夠環保。

對于如何克服以上問題，很多研究者/團隊提出了一些解決方案但只能部分地解決以上所述問題，目前尚缺一種可以系統地解決以上問題的介孔TiO₂制備體系，以進一步推動其在各領域的應用。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種介孔二氧化鈦材料及其制備方法，以解決上述的問題。

為了實現本發明的目的，特采用以下技術方案：

本發明提供了一種介孔二氧化鈦材料，所述介孔二氧化鈦材料的孔徑為10-30nm，比表面積為63-235m²/g，孔體積為0.55-1.02cm³/g。

優選地，所述介孔二氧化鈦材料的孔徑為10-25nm，比表面積為152-235m²/g，孔體積為0.55-1.02cm³/g。

優選地，所述介孔二氧化鈦材料由銳鈦礦晶型或金紅石與銳鈦礦混晶構成，混晶材料中金紅石相的質量百分數在0-55％之間可調。

本發明還提供了上述介孔二氧化鈦材料的制備方法，包括如下步驟：

(a)、由初始鈦源制備鈦酸；

(b)、所述鈦酸與雙氧水在水中反應制得過氧化鈦酸溶膠，所述鈦酸、雙氧水以及水之間的摩爾比為1：10-20：80-150；

(c)、將表面活性劑加入至所述過氧化鈦酸溶膠溶液中，混勻得到自組裝體系，所述表面活性劑與所述鈦酸的摩爾比為0.005-0.05：1；

(d)、所述自組裝體系在空氣中于一定的溫度下揮發掉溶劑，得到過氧化鈦酸與表面活性劑的復合材料；

(e)、將所述復合材料于400-750℃焙燒得到介孔二氧化鈦材料。