[發明專利]二氧化鈦多孔材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410618062.9
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104310469A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 華玉葉
• 申請（專利權）人: 華玉葉
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B01J21/06;B01J35/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 徐鵬飛

技術領域

本發明涉及一種二氧化鈦多孔材料的制備方法。

背景技術

二氧化鈦是一種價格低廉、完全無公害且極穩定的半導體材料，在紫外可見光的照射下，價帶電子被激發至導帶，同時在價帶上形成空穴，在光催化、光降解、環境處理等領域具有廣闊的應用前景。由于納米氧化鈦諸多優點(如高效、環境友好、無毒和低廉等)，其被認為是迄今為止用于光解水制氫氣、水空氣凈化和敏化太陽能電池最有前途的光催化劑之一。氧化鈦有銳鈦礦、板鈦礦和金紅石三種晶體結構，其中銳鈦礦和板鈦礦為熱力學亞穩相，金紅石為熱力學穩定相，前兩種晶相在加熱或機械研磨條件下均可發生相變轉化為后者。通常僅銳鈦礦相氧化鈦具有較高的光催化活性，而金紅石相和板鈦礦相氧化鈦只有較弱或更本沒有催化活性。對于用作光解水和敏化太陽能電池用納米晶銳鈦礦相氧化鈦，除要求銳鈦礦相氧化鈦具有小晶粒尺寸和大比表面積外，高結晶度和低表面態分布對于提高光解水量子產率和敏化太陽能電池光電轉化效率是極其重要的。高結晶度和低表面態分布在很大程度上取決于制備樣品的焙燒溫度，通常焙燒溫度越高所制備氧化鈦結晶度越高、表面態分布越少，但較高焙燒溫度(通常高于600-700℃)會使銳鈦礦相氧化鈦轉變為金紅石相，同時伴隨著由晶粒長大所產生比表面積急劇變小。所以通過高溫處理來獲得具有高結晶度和低表面態分布的氧化鈦的方法必然伴隨著相變、晶粒尺寸長大、比表面積嚴重降低等不利因素的產生。因此，目前制備適用于光解水和敏化太陽能電池的銳鈦礦相納米晶氧化鈦的方法中，為了避免以上問題出現，焙燒溫度通常低于600℃。但為了得到更加適合光解水和敏化太陽能池用氧化鈦光催化劑，迫切需要發展一種能夠經過高溫(700℃以上)處理仍可穩定存在的具有小晶粒尺寸、大表面積、高結晶度和低表面態分布的銳鈦礦相為主的納米晶氧化鈦制備技術。

在催化反應中，由于二氧化鈦介孔材料(孔徑為2-50nm)具有大的比表面積、均一的孔尺寸等特點，使得反應物分子可以比較容易地擴散到反應的活性中心，因而提高了反應的速率，提供了更多的吸附活性位點，使這類材料廣泛地應用在催化、分離、吸附等領域。因此制備出二氧化鈦介孔材料引起了人們越來越多的關注，如何控制晶相、粒徑、粒徑大小分布以及材料的孔徑等成為研究的重點。

目前，合成二氧化鈦介孔材料一般采用嵌段共聚物或表面活性劑等作為模板劑，合成二氧化鈦溶膠-凝膠，然后經熱處理除去模板劑的同時而介孔結構得以保留。例如，中國專利CN?1594101A，采用嵌段共聚物為模板，采用溶膠凝膠法制備得到了具有較大孔徑、高熱穩定性和高光催化活性的稀土摻雜二氧化鈦介孔材料。中國專利CN?1594102A，以表面活性劑為連接劑，將二氧化鈦納米粒子組裝起來，經過熱處理定型，成為孔壁為銳鈦礦相的二氧化鈦介孔材料。

CN200910114745公開了以葡萄糖脫水后形成的多孔碳為模板的二氧化鈦介孔材料的制備方法，以重量百分比計，按如下步驟進行：(1)將10～15％的鈦酸酯，2～5％的水解催化劑，30～40％的蒸餾水，10～20％的稀釋劑，置于反應器中，劇烈磁力攪拌。(2)將20～48％的葡萄糖加到反應器中，繼續攪拌，得到溶膠。揮發溶劑，得到凝膠后在干燥箱中干燥。(3)干燥后的凝膠經退火處理，除去多孔碳模板，就得到二氧化鈦介孔材料。