[發明專利]一種二氧化鈦空心納米球及其制備方法

有效

• 申請號: 201410358021.0
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104071836A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 李正全;李磊;鄭蒙蒙;周詩琪
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟

技術領域

本發明涉及無機納米材料技術領域，尤其涉及一種二氧化鈦空心納米球及其制備方法。??

背景技術

二氧化鈦（TiO₂）作為一種無毒、穩定、高效的光催化劑，已廣泛應用于涂料、抗菌劑、水處理、污染物降解等生活和環保領域。作為光催化劑，二氧化鈦在紫外光的照射下，價帶上的電子躍遷至導帶，產生電子-空穴對，隨后電子和空穴分離，遷移至二氧化鈦表面，然后與表面周圍的水和氧氣作用而產生含氧自由基，形成的含氧自由基具有超強的氧化能力，能夠氧化大部分有機物，將其完全降解成二氧化碳和水。但是，二氧化鈦作為光催化劑的顯著缺點是需要使用紫外光作為激發光源，這大大限制了其應用范圍。另一方面，紫外光在太陽光中僅占一小部分，大部分發射光都在可見光和紅外光區。如何提高二氧化鈦對于太陽光的綜合利用效率，是一個實際應用中需要解決的問題。?

設計具有特殊結構的二氧化鈦和對二氧化鈦進行摻雜是提高二氧化鈦太陽光利用率的兩種重要手段。在結構設計上，空心殼層結構具有一定的優勢。由于太陽光在空心結構的內部可以不斷的反射，因而光的利用率比較高。同時，這種結構比表面積很大，可以顯著提高材料的光催化活性。因此，空心納米結構在光催化方面具有較高的實用價值。另一方面，通過摻雜的方法可使二氧化鈦的光響應范圍擴大，是提高材料對太陽光響應范圍的有效手段。尤其是非金屬摻雜的二氧化鈦（如氮摻雜）對可見光的響應表現的尤為突出，是將二氧化鈦的光響應范圍拓寬的最有效方法之一。此外，由于非晶二氧化鈦在晶化時往往尺寸會明顯長大，如果能得到結晶度好且小尺寸（<5nm）的二氧化鈦納米晶，將能很大程度上提高其比表面積，使其具有更好的光催化活性。?

硬模板法是大量合成尺寸均一、結構規則的二氧化鈦空心結構的常用手段，但是該方法有其自身明顯的弱點，主要在于包裹二氧化鈦殼層后，需要增加額外的步驟來除去模板。二氧化硅模板是最常見的一種硬模板，在刻蝕二氧化硅的過程中，一方面增加了時間和勞動力成本；另一方面，刻蝕需要使用氫氟酸或濃氫氧化鈉溶液，在實際操作中存在危險，而且對環境具有潛在的污染隱患。因此，有必要開發出一種高效的二氧化鈦空心納米結構合成方法，以減少繁瑣的后續過程。?

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種二氧化鈦空心納米球及其制備方法，該制備方法工藝簡單、易操作、可重復性好，制備的二氧化鈦空心納米球尺寸均勻，具有可見光響應的特性，對可見光的利用效率高。?

有鑒于此，本發明提供了一種二氧化鈦空心納米球的制備方法，包括以下步驟：?

a）將環己烷、非離子表面活性劑、助表面活性劑、去離子水和氨水混合，攪拌后得到第一混合溶液；

b）將正硅酸乙酯、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和環己烷混合，然后加入所述第一混合溶液中，攪拌后得到第二混合溶液；

c）向所述第二混合溶液中加入乙醇，離心清洗后分散至異丙醇中，形成O-SiO₂納米球的異丙醇溶液，O表示有機雜化；

d）將所述O-SiO₂納米球的異丙醇溶液分散在含有異丙醇、去離子水和氨水的混合溶液中，形成分散液；

e）將二(乙酰丙酮基)鈦酸二異丙酯的異丙醇溶液注入所述分散液中，攪拌，離心清洗后干燥，得到h-TiO₂納米球，h表示空心；

f）將所述h-TiO₂納米球高溫退火，得到二氧化鈦空心納米球。

優選的，步驟a）中環己烷、非離子表面活性劑、助表面活性劑、去離子水和氨水的體積比為150:35:35:8:2。?

優選的，步驟b）中正硅酸乙酯和N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的摩爾比為2:1。?

優選的，步驟b）中攪拌時間為24小時。?

優選的，步驟c）中所述乙醇與第二混合溶液的體積比為1:1，所述O-SiO₂納米球的異丙醇溶液的濃度為0.1摩爾/升。?

優選的，步驟d）中所述異丙醇、去離子水和氨水的體積比為100:25:3。?

優選的，步驟e）中所述二(乙酰丙酮基)鈦酸二異丙酯的異丙醇溶液的濃度為10毫摩爾/升，注射速度為30-60微升/分鐘。?

優選的，步驟e）中攪拌時間為12小時。?

優選的，步驟f）中所述高溫退火的溫度為800-1000℃，高溫退火的時間為5小時。?