[發明專利]一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201410816704.6
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104549204A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 程亞軍;程婷;朱錦
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;C01B31/02;C01G23/047
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

????本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法，尤其是一種采用非傳統模板，制備具有納微米球形貌的二氧化鈦/碳粉體的方法，以及用該方法制備二氧化鈦/碳粉體在光催化方面的應用。

背景技術

?二氧化鈦具有優異的電學、光學、以及催化學等方面的性能，廣泛應用于多種功能材料中。二氧化鈦/碳納微米球粉體相比于傳統的納米、微米二氧化鈦具有更高的振實密度和比表面積，以及更加獨特、優異的物理學性能。

?目前見于報道的制備二氧化鈦/碳納微米球粉體的方法主要是通過硬模板或軟模板法，制備的復合微球多為空心微球。專利號為CN102389788A的中國專利公布了一種多孔二氧化鈦-碳復合納米空心微球的制備方法。該專利通過有機碳源和模板劑，使有機鈦源在溶劑熱的過程中合成二氧化鈦-碳復合納米空心微球。然而該方法依賴于對實驗條件精細調控，所制得的空心微球，結構不穩定。

發明內容

?本發明的一個目的就是針對現有技術的不足，提供一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法。

?本發明方法是通過將熱塑性樹脂溶解于有機溶劑中，加入鹽酸，使得高分子樹脂在溶液中相分離形成納米微球，在溶劑熱過程中，納米微球結合二氧化鈦前驅體，形成二氧化鈦/樹脂微球，反應結束后離心、洗滌、干燥、煅燒、高分子樹脂原位生成碳，得到二氧化鈦/碳納微米球粉體。

????本發明方法的具體步驟是：

步驟（1）.將熱塑性樹脂和有機溶劑在常溫下攪拌1～3小時，使熱塑性樹脂溶解，得到反應溶液；反應溶液中熱塑性樹脂的質量含量為2～30﹪；

所述的熱塑性樹脂為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的一種或兩種；

所述的有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃、1,4-二氧六環的一種或多種；

步驟（2）.將二氧化鈦前驅體和濃鹽酸加入到上述反應溶液中，攪拌3～30分鐘，得到含有二氧化鈦前驅體的溶液；每10克含有二氧化鈦前驅體的溶液中含有0.2～4克二氧化鈦、0.05～2g?濃鹽酸；

所述的濃鹽酸的質量分數為37﹪，濃度為12?mol/L；

所述的二氧化鈦前驅體為鈦酸四異丙酯、鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯中的一種或者多種；

步驟（3）.將上述含有二氧化鈦前驅體的溶液，在70～170℃下溶劑熱1～24小時，得到反應產物；

步驟（4）.將上述反應產物離心，洗滌，得到沉淀物；

步驟（5）.將上述洗滌后的沉淀物在真空烘箱中50～100℃下干燥12～24小時，得到固體粉末；

步驟（6）.將上述固體粉末在400～800℃、氬氣氣氛下煅燒2～7小時，得到二氧化鈦/碳粉體；

步驟（7）.將上述得到的二氧化鈦/碳粉體在馬弗爐中，空氣氣氛下200～400℃煅燒0.5～4小時，得到不同碳含量的二氧化鈦/碳納微米球粉體。

本發明的另一個目的是上述方法制備得到的二氧化鈦/碳納微米球粉體在光催化方面的應用。

本發明方法采用聚苯乙烯等熱塑性樹脂作為一種非傳統模板來制備具有微納米球形貌的二氧化鈦/碳粉體，制備的微納米球尺寸分布均勻，微球輕微團聚，顆粒之間空隙尺寸均勻。該發明方法不使用傳統模板，原位生成碳，摻雜二氧化鈦，制備工藝簡單，條件易控，無需特殊設備，適合規模化生產，在光催化方面性能顯著。

附圖說明

圖1為實施例1中制備的二氧化鈦/碳微納米球粉體掃描電鏡圖；其中a為低倍率拍攝，b為高倍率拍攝。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的分析。

下面實施例中所用的濃鹽酸的質量分數為37﹪，濃度為12?mol/L。

實施例1

步驟（1）.將0.2g聚苯乙烯和9.8gN,N-二甲基甲酰胺在常溫下攪拌1小時，使熱塑性樹脂溶解，得到10g反應溶液；

步驟（2）.將0.2g鈦酸四異丙酯和0.05g濃鹽酸加入到上述9.75g反應溶液中，攪拌3分鐘，得到含有二氧化鈦前驅體的溶液；

步驟（3）.將上述含有二氧化鈦前驅體的溶液，在70℃下溶劑熱24小時，得到反應產物；

步驟（4）.將上述反應產物離心，洗滌，得到沉淀物；

步驟（5）.將上述洗滌后的沉淀物在真空烘箱中50℃下干燥24小時，得到固體粉末；

步驟（6）.將上述固體粉末在400℃、氬氣氣氛下煅燒7小時，得到二氧化鈦/碳粉體；