[發明專利]一種二氧化鈦納米管的制備方法

有效

• 申請號: 201410653359.9
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN105883914B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 曾威;蔡志星;王笛
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，具體涉及一種二氧化鈦納米管的仿生制備方法。該方法是由鈦源在細菌纖維素凝膠介質中聚集組裝，形成有機無機雜化材料，以此材料為基礎制備二氧化鈦納米管。

背景技術

仿生合成就是將生物礦化的機理引入無機材料合成，以有機物的組裝體為模板，去控制無機物的形成，制備具有獨特顯微結構特點的無機材料。仿生礦化過程是指在溫和條件下(常溫，常壓或pH中性)利用有機分子作為催化模板誘導合成一系列具有精細復雜結構的無機材料。生物礦化過程通常在各種生物分子及其有序聚集體的精巧控制下生成形貌、大小及結構受到完好調控的無機材料，因而其性能大大優于相應人工合成材料。基于此，生物模板的仿生材料合成已發展成為當前材料科學中一個非常活躍的研究領域。

在仿生合成的過程中，模板起到至關重要的作用。模板的干變萬化是制備結構、性能迥異的無機材料的前提。各種生物材料其尺寸范圍從微觀，介觀，到宏觀大尺寸都可以通過生物大分子(蛋白、DNA、多肽、脂類、多糖等)，微生物(病毒、細菌、真菌等)，動植物細胞，組織等為模板得到。隨著科技的進步，人們對材料有著越來越高的要求，當今設計與合成材料的趨勢是使合成的材料具有多成分，多尺寸，多種結構，多種功能以及良好的生物相容性和環境友好性。

上世紀90年代，科學家們逐漸把注意力轉移到生物礦化進程中分子識別、分子自組裝和復制構成了五彩繽紛的自然界，并開始有意識地利用這一自然原理來指導特殊材料的合成。一系列的具有優良光學、電學、磁學性質的金屬，金屬氧化物，碳化物，氮化物，硫化物等被合成出來。在眾多的具有多種用途的氧化物材料當中，二氧化鈦作為一種用途廣泛的金屬氧化物，成為其中最耀眼的材料之一，其仿生礦化過程(仿生鈦化)被廣泛研究。由于二氧化鈦具有良好的光學、電學性質，化學惰性以及生物相容性等優點而被廣泛應用于光催化劑，太陽能電池，鋰離子電池，光致變色器件等領域。但是二氧化鈦的性能不僅與其晶體結構，表面性質有關，還與其特殊的比表面積，孔尺寸，孔體積和孔分布等結構性質有關，毫無疑問具有獨特結構生物模板為科學家們合成與普通制備方法相比具有特殊光學，電學性質的二氧化鈦提供了可能。

納米TiO₂是目前被廣泛關注的納米材料之一，具有比表面積大、表面張力大、熔點低、磁性強、吸收紫外線能力強、表面活性大、導熱性能好、分散性好等特點，被廣泛主要應用在光催化領域，包括廢水治理、空氣凈化、殺菌抗菌等，以及化妝品、紡織、陶瓷、醫藥及太陽能電池等領域。而仿生合成的二氧化鈦材料是具有特殊性能的新型材料，有著特殊的物理、化學性能和潛在的廣闊的應用前景。一系列仿生合成技術的研究為二氧化鈦仿生合成技術進一步工業化、產業化提供了過渡橋梁。

發明內容

本發明提出了一種制備無機納米管的仿生制備方法。主要涉及二氧化鈦納米管的制備方法。

本發明的二氧化鈦納米管的制備方法按以下步驟進行：

(1)將細菌纖維素置于無水乙醇中12-48h，將水凝膠置換成乙醇凝膠；

(2)將細菌纖維素取出，置于去離子水與無水乙醇的混合溶液中，去離子水含量為0-40％；

(3)在上述溶液中繼續加入鈦源，鈦源的質量濃度為整個溶液體系的0.5-10％，室溫靜置12-48h，鈦源包括鈦酸丁酯、二(2-羥基丙酸)二氫氧化二銨合鈦、四氯化鈦；

(4)將吸附鈦源的細菌纖維素凝膠取出，進行冷凍干燥，干燥溫度為-50℃，干燥時間為24-48h；

(5)將干燥后的有機無機雜化材料放入馬弗爐中600℃燒3個小時，得到二氧化鈦納米管。

(6)將步驟3所得細菌纖維素凝膠取出，置于濃度為0.1-5％的催化劑溶液中12-48h，在重復步驟4和5，同樣得到二氧化鈦納米管。所用催化劑可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、乙醇胺等堿性分子；鹽酸、硝酸、磷酸、醋酸、草酸等酸性分子以及二者結合成的各類鹽。

本發明利用仿生礦化方法制備出的納米二氧化鈦納米管，操作簡單，反應條件溫和，綠色無污染，得到的納米二氧化鈦納米管結構均勻，可制備具有一定穩定外形的納米管材料。

附圖說明

圖1為本發明具體實施方式一的步驟5所得到的有機無機雜化材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；

圖2為本發明具體實施方式一制備的二氧化鈦納米管的透射電子顯微鏡(TEM)照片；

圖3為本發明具體實施方式二的步驟6所得到的有機無機雜化材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；