[發明專利]一種基于微乳液的單分散TiO2微球的合成方法

有效

• 申請號: 201710311743.4
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107021522B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 董如林;薄振婷;陳智棟;金長春
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于微乳液的單分散介孔TiO₂微球的合成方法，屬于無機功能材料制備技術領域。將乙酰丙酮穩定的鈦酸四正丁酯絡合物分散于水中，形成類似乳液的多分散體系，通過離心操作分離去除乳液體系中少量微米尺寸的分散油滴后，原先不透明的多分散乳液體系即轉變為透明的微乳體系。對該微乳體系進行150℃的水熱處理就可獲得單分散的介孔TiO₂微球。進一步用水稀釋微乳體系可改變所合成介孔TiO₂微球的尺寸。

技術領域

本發明屬于無機功能材料制備技術領域，具體涉及單分散TiO₂微球的合成方法。

背景技術

半導體TiO₂因為物理化學性質穩定、環境友好、低的制備成本及強的光催化降解能力被廣泛用于光催化劑、染料敏化太陽能電池、鋰電池、防霧及自清潔表面材料等方面的研究。TiO₂形貌及微結構的設計對于其性能的發揮有著重要的影響。近二十年來，單分散介孔結構的TiO₂微球或其復合微球因為在染料敏化太陽能電池、鋰電池、光催化劑和光子晶體等方面的應用而受到眾多科研工作者的關注。單分散介孔TiO₂微球在作為光催化劑使用時具有高的吸附能力和便于回收的優點，在作為薄膜材料使用時，有利于提高光子的捕獲效率，能夠有效提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率。現行合成單分散TiO₂微球的工藝常使用有機溶劑作為分散介質，而且需要采取一些特殊的措施如添加表面活性劑、采用其它單分散微球作為模板、在前軀體溶液中加入鹽以提高溶液的離子強度等。本發明利用乙酰丙酮穩定的鈦酸四正丁酯絡合物獨特的分子結構和溫和的水解特性，配置了熱力學穩定的水性微乳液，該方法以水作為分散介質，不需要加入表面活性劑等其它特殊的物質，工藝簡單，綠色環保。當乙酰丙酮穩定的鈦酸四正丁酯絡合物被分散到水中時無需表面活性劑的界面穩定作用即形成類似乳液的分散體系，通過簡單的離心操作就得到了外觀透明的微乳液。經過水熱過程，其中分散的鈦酸四正丁酯絡合物油相小液滴相互融合、經歷水解-縮聚反應轉化為單分散的具有介孔結構的TiO₂微球。

發明內容

本發明利用乙酰丙酮穩定的鈦酸四正丁酯絡合物配置了其水性分散體系，再經簡單的離心操作就得到了外觀透明的熱力學穩定的微乳體系。經過水熱處理，微乳中分散的鈦酸四正丁酯絡合物油相小液滴相互融合、經歷水解-縮聚反應轉化為單分散的TiO₂微球。通過向配置的微乳體系中加入額外的水，而后進行相同的水熱工藝還可進一步調節所合成TiO₂微球的尺寸。本發明提供了一種基于微乳液的單分散TiO₂微球的合成方法，該方法以水作為分散介質，不需要加入表面活性劑等其它特殊物質，工藝簡單，綠色環保。

本發明實現上述單分散TiO₂微球的技術方案是：采用乙酰丙酮對鈦酸四正丁酯進行絡合以緩和鈦酸四正丁酯太高的水解速率，然后將其分散到去離子水中形成淡黃色的多分散體系，通過離心操作分離去除析出的少量棕色多聚體油狀物即可得到透明的微乳分散體系。在水熱過程中，隨著溫度的升高，分散在微乳體系中的小油滴同時經歷物理及化學的變化。一方面，分散的小油滴因為穩定性的下降而相互融合而形成較大尺寸的油滴；另一方面，油滴因其中的鈦酸四正丁酯絡合物經歷水解-縮聚反應而轉化為介孔TiO₂微球。向微軟體系中加入額外的水可加強小油滴在較低溫下的水解-縮聚反應，加快油滴的礦化和表面硬化過程，進而減弱油滴間的融合現象，以合成較小尺寸的單分散TiO₂微球。該技術包含以下步驟：

1、鈦酸四正丁酯絡合物的配制

將乙酰丙酮按適當的比例混合到鈦酸四正丁酯中，攪拌反應0.5h，得到鈦酸四正丁酯絡合物。

2、鈦酸四正丁酯絡合物多分散乳液體系的配制

在攪拌的情況下，將鈦酸四正丁酯絡合物加入到一定體積的去離子水中，攪拌分散1h，得到鈦酸四正丁酯絡合物的水性乳液體系。