[發明專利]一種球形完好的銳鈦礦型二氧化鈦空心球殼及其制備方法

有效

• 申請號: 201811408890.4
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109485093B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 王芬;薛雨;朱建鋒;王瑩;羅宏杰;武清;賀鵬;盧博
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;C01G23/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明提供一種球形完好的銳鈦礦型二氧化鈦空心球殼及其制備方法，包括如下步驟：步驟1，采用無皂液聚合法制備改性PS膠體微球乳液；步驟2，通過混合溶劑法包裹TiO₂殼層結構，得到PS@TiO₂粉體；步驟3，PS@TiO₂粉體進行兩次煅燒處理：一次煅燒是在450?550℃下煅燒2h；二次煅燒是在320?420℃下煅燒10min，得到二氧化鈦空心球殼。本發明制得的二氧化鈦為銳鈦礦型，空殼結構，球形度好，粒徑均一，直徑在100?400nm之間，在催化、電池、氣體存儲及分離等光電化學應用領域有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，涉及一種球形完好的銳鈦礦型二氧化鈦空心球殼及其制備方法。

背景技術

核殼結構是由一種納米材料通過化學鍵或其他作用力將另一種納米材料包覆起來形成的納米尺度的有序組裝結構。核殼結構由于其獨特的結構特性，整合了內外兩種材料的性質，并互相補充各自的不足，在催化、電池、氣體存儲及分離方面有著廣泛的應用前景。

由于納米TiO₂的比表面積較大，表面空鍵較多，導致其在制備和應用過程中極易發生團聚現象，使得催化效率不高，其優異的性能得不到充分的發揮。因此，以二氧化鈦為基的核殼結構納米材料的研究受到廣大研究者的重視。

目前，二氧化鈦基核殼結構納米材料仍存在較多關鍵的科學及技術問題，制約著其工業應用。大多數二氧化鈦基核殼結構納米材料的制備成本高、工藝復雜造成規模生產困難，降低成本和簡化工藝流程成了首要任務；采用何種材料與二氧化鈦合成核殼結構的性能最好，及其在核殼結構中的合適配比等還有待考量。

有研究人員以納米碳球或葡萄糖為核(例如，CN101905153A、CN101890350A和CN101857267A)，以鈦酸丁酯為前驅液制備有機-二氧化鈦核殼結構，再經煅燒去除有機核體，得到中空TiO₂殼層。但由于納米碳球的大小本身不夠均一，球形度也不夠完美，所以包裹后煅燒制得的TiO₂殼結構大小不一；另外，納米碳球的分散性不好，容易團聚，在包裹前需要長時間超聲分散，否側殼層之間發生嚴重粘連，影響材料的功能化應用。近些年來，以微乳液法制備出的膠體微球分散度好，粒徑分布窄，以膠體微球為核，包裹TiO₂制備中空球殼的方法被大家嘗試(CN105502485A和CN101077792A)，但是所得核殼結構的條件控制比較苛刻，尤其在煅燒的過程當中，完整的球殼結構遭到嚴重的破壞，往往造成坍塌、制出殘破半球。

目前為止，大量制備出球形完好的銳鈦礦型TiO₂空心球殼沒有文獻報道。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種球形完好的銳鈦礦型二氧化鈦空心球殼及其制備方法，制備的二氧化鈦空心球殼球形結構完整，大小均一，破損明顯減少。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種球形完好的銳鈦礦型二氧化鈦空心球殼的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，制備改性PS膠體微球乳液：取苯乙烯、α-甲基丙烯酸和水，混合均勻，在75-90℃下攪拌反應30-60min，然后注入引發劑過硫酸鉀溶液，在75-90℃下反應7-9h，得到改性PS膠體微球乳液；

步驟2，包裹TiO₂殼層結構：所得改性PS膠體微球乳液分散于乙醇和乙腈的混合液中，記為A液；將鈦酸丁酯溶于乙醇和乙腈的混合液中，記為B液；在攪拌條件下，將B液緩緩注入A液中，攪拌反應得到PS@TiO₂微球的分散液，再經過洗滌、烘干研磨成PS@TiO₂粉體；

步驟3，PS@TiO₂粉體進行兩次煅燒處理：一次煅燒是在450-550℃下煅燒2h；二次煅燒是在320-420℃下煅燒10min，得到二氧化鈦空心球殼。