[發明專利]一種一步法制備中空TiO2

有效

• 申請號: 201910376723.4
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN110201655B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 孫陽藝;張成宇;潘棟宇;戚棟明
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/02;B01J35/08;C01G23/053;C02F1/30;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F101/30
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種一步微乳液制備中空TiO₂納米微球的方法，包括以下步驟：1)將表面活性劑和堿催化劑溶于溶劑中，攪拌得反應液a；2)將雙(乙酰丙酮基)二異丙基鈦酸酯與硅源混合后加入乙醇/稀酸溶液中，攪拌得反應液b；3)將反應液b加入反應液a中，攪拌反應得中空TiO₂納米微球。該方法將硅源與雙(乙酰丙酮基)二異丙基鈦酸酯作為前驅體，構筑由前驅體及表面活性劑膠束共同穩定的O/W微乳液體系，通過控制O/W微乳液液滴表面鈦源前驅體的溶膠?凝膠反應，無需使用任何模板即可制得粒徑可調、形態規整、單分散良好、光催化活性高的中空TiO₂納米微球殼層。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，具體涉及一種一步微乳液制備中空TiO₂納米微球的方法及應用。

背景技術

光催化技術被認為是最為節能省電、無害化處理有機污染物的綠色加工技術。中空多孔納米TiO₂具有中空結構獨特的結構維度優勢，可顯著增加有機污染物和TiO₂之間的接觸面積及物質傳輸速率，并且增強對光的捕獲能力，提高光催化反應效率。該材料已成為光催化技術的重要代表，其制備和應用研究是當前該研究領域的熱點之一。

目前TiO₂作為一種光催化活性較高的光催化劑，具有性能穩定、廉價易得、無毒無害等優點，其在太陽光激發下發生氧化還原反應可將有機污染物脫色、去毒、礦化為CO₂和水等無機物，因而已經被廣泛地研究應用于降解有機污染物中。但是由于其常規粉體材料在實際應用中存在易團聚、反應活性位點少等問題，大大限制了其光催化活性【Nature,1972,238: 37-38.】。

關于已報道的制備中空結構TiO₂納米微球的方法主要有：

(1)模板法：根據模板的不同，模板法又分為硬模板法和軟模板法。

硬模板法多以硬的聚合物、SiO₂納米粒子等為模板，吸附致孔劑以后，將鈦源前驅體沉積到硬模板表面形成核-殼結構，然后通過溶解、選擇性刻蝕或高溫煅燒去除核模板，并除去致孔劑后得到中空TiO₂納米微球，模板的去除需要一些復雜的工藝及較大的能耗；Imhof等人以無皂乳液法制備的聚苯乙烯微球為模板，室溫下四異丙醇鈦前驅體水解帶負電荷與帶正電聚苯乙烯微球，由于靜電作用，前驅體水解產物沉積在聚苯乙烯微球，然后通過煅燒制得了中空TiO₂微球【Langmuir,2001,17(12):3579-3585.】。

軟模板法以表面活性劑形成的膠束或和微乳液自發形成液滴等為模板，水解前驅體在模板表面縮合，形成穩定的中間產物，然后再通過高溫焙燒或溶劑萃取去除模板，得到中空微球【J.Am.Chem.Soc,2003,125: 6386～6387.】。

(2)奧斯瓦爾德熟化：先形成一個實心球，而后球中小晶體由于Gibbs 自由能高于大晶體，逐漸溶解消失而大晶體長的更大，從而形成中空結構。

Zeng等利用TiF₄溶液在一定的水熱條件處理下的奧斯瓦爾德熟化一步得到了銳鈦礦型的中空TiO₂納米微球【J.Phys.Chem.C.2004,108: 3492-3495】。值得注意的是，這種策略殼層結構主要是由聚集的納米粒子形成，僅限于少數特定化合物空心球的合成上，并不具有拓展性。

申請人總結發現TiO₂材料的光催化效率很大程度上依賴于TiO₂的晶型、顆粒粒徑、結構維度、比表面積、孔性質以及微觀結構。構筑具有高比表面積、多催化反應活性位點結構維度的TiO₂納米材料是提升其光催化活性的有效途徑之一。