一种TiOx三维有序大孔材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种TiOx三维有序大孔材料的制备方法，包括如下步骤：S1：制备单分散小球胶体晶体模板；S2：依次将乙酸和钛酸四丁酯滴入无水乙醇中，搅拌，得到TiO2溶胶；S3：将单分散小球胶体晶体模板平铺于容器中；S4：将TiO2溶胶滴入容器中直到TiO2溶胶液面没过单分散小球胶体晶体模板上表面；单分散小球胶体晶体模板在TiO2溶胶中浸泡后减压抽滤，滤掉未填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶；S5：将填充TiO2溶胶后的单分散小球胶体晶体模板烘干；然后将烘干后的孔隙中填充有TiO2的单分散小球胶体晶体模板进行煅烧，得到具有三维有序大孔结构的TiOx，其中x≤2。所述制备方法能够得到多相的TiOx(x≤2)，其中包括TiO2和TinO2n-1，n为正整数，且1≤n≤10。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有三维有序大孔结构的材料制备
更具体地，涉及一种TiOx(x≤2)三维有序大孔材料的制备方法。
技术介绍
三维有序大孔(Three-dimensionalorderedmacropores,3DOM)材料作为一类新型大孔材料，比表面积高，它具有以下独特优势：(1)孔径大，有利于大分子的催化转化，孔壁表面容易负载催化剂或进行功能化修饰；(2)孔道排列整齐有序能降低物质扩散阻力；(3)孔结构热稳定性强；三维有序大孔结构对外易开放，加热过程中孔不会因收缩不一致而导致闭合；(4)易于构建具有特定组成的孔壁；其组成可以是金属、金属氧化物、多组分晶体或固溶体、无机–有机杂化物、高聚物、硫属化合物等；(5)是优化的光子晶体；材料大孔的周期性空间点阵结构折射系数比高，能够产生较佳的光子带隙。因此，三维有序大孔材料是具有特定组成又具有周期有序大孔结构两种特性的新型功能材料，可应用于催化、吸附、光子晶体等
现有技术中，具有三维有序大孔结构的TiO2材料的制备方法很多，主要包括两类：液相法和气相法。液相法主要有包括溶胶-凝胶法、金属盐热解法、液相沉积法、电化学法和电泳法等；气相法包括化学气相沉积法、电子层沉积法和超临界流体填充法。二氧化钛溶胶容易制备，因此溶胶-凝胶填充法对对制备具有三维有序大孔结构的二氧化钛材料均可行。胶体晶体模板一般选用二氧化硅(SiO2)、聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体晶体。然而，目前所有工艺得到的最终产物均为具有三维有序大孔结构的纯相二氧化钛。因此，需要提供一种具有三维有序大孔结构的TiOx(x≤2)的制备方法，得到含有非化学计量比组分的多相钛氧化物。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种TiOx三维有序大孔材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种TiOx三维有序大孔材料的制备方法，包括如下步骤：S1：制备单分散小球胶体晶体模板；S2：依次将乙酸和钛酸四丁酯滴入无水乙醇中，在室温下搅拌，得到呈淡黄色的TiO2溶胶；S3：将单分散小球胶体晶体模板平铺于容器中；S4：将TiO2溶胶滴入容器中直到TiO2溶胶液面没过单分散小球胶体晶体模板上表面，使单分散小球胶体晶体模板能完全浸泡在TiO2溶胶中；单分散小球胶体晶体模板在TiO2溶胶中浸泡后减压抽滤，滤掉未填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶，且使得已经填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶沿着抽滤方向的填充度增大；S5：将填充TiO2溶胶后的单分散小球胶体晶体模板烘干，使得填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶受热产生乙醇蒸汽、乙酸蒸汽和水蒸气，从而使得单分散小球胶体晶体模板孔隙中只填充有TiO2；然后将烘干后的孔隙中填充有TiO2的单分散小球胶体晶体模板进行煅烧，使得TiO2晶化，同时单分散小球胶体晶体模板受热分解，单分散小球胶体晶体模板在热解过程中燃烧不充分产生CO，然后CO将TiO2部分还原，得到具有三维有序大孔结构的TiOx，其中x≤2；该步骤得到的具有三维有序大孔结构的TiOx含有非化学计量组分TinO2n-1，n为正整数，且1≤n≤10。优选地，重复所述步骤S4多次，以进一步提高TiO2溶胶在单分散小球胶体晶体模板孔隙中的填充度。优选地，所述步骤S1进一步包括如下子步骤：S1.1：将乳白色的单分散球形颗粒均匀分散到水中，得到单分散小球分散液；S1.2：采用离心法、自然沉降法或干燥法使所述单分散小球分散液中的单分散球形颗粒有序排列，实现单分散球形颗粒的有序组装，得到单分散小球胶体晶体模板；S1.3：将单分散小球胶体晶体模板上层的水移出，然后将单分散小球胶体晶体模板烘干。进一步优选地，所述步骤S1.1中，所述单分散球形颗粒的粒径范围为100-600nm，粒径相对标准偏差小于9％。。进一步优选地，所述步骤S1.1得到的单分散小球分散液中，所述单分散球形颗粒的质量百分比浓度为1％-5％。优选地，所述步骤S2中，所述乙酸、所述钛酸四丁酯和所述无水乙醇的体积比为1:1:48。优选地，所述步骤S4中，所述单分散小球胶体晶体模板在TiO2溶胶中浸泡的时间为0.5h-1h。优选地，所述步骤S5中，煅烧温度为400-600℃。优选地，所述单分散小球的材质为PMMA或PS；所述步骤S5中，当所述单分散小球的材质为PMMA时，PMMA单分散小球胶体晶体模板在空气中热解过程中燃烧不充分的化学反应式为：所述步骤S5中，当所述单分散小球的材质为PS时，PS单分散小球胶体晶体模板在空气中热解过程中燃烧不充分的化学反应式为：优选地，所述步骤S2中，生成TiO2溶胶的化学反应式为：所述步骤S5中，烘干过程中生成TiO2的化学反应式为：所述步骤S5中，TiO2部分被CO还原的化学反应式为：本专利技术的有益效果如下：(1)与现有技术相比，采用本专利技术的所述制备方法，孔的形成和非化学计量组分的获得能够一步完成，工艺简单、成本低廉；(2)与现有技术相比，本专利技术的所述制备方法能够得到多相的TiOx(x≤2)，其制备的钛氧化物包括TiO2和TinO2n-1；(3)与现有技术相比，本专利技术的所述制备方法工艺过程操作简便，工艺条件要求不高。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的TiOx(x≤2)三维有序大孔材料的制备方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的TiOx(x≤2)三维有序大孔材料的制备方法制备的TiOx(x≤2)的电镜照片之一；图3为本专利技术实施例提供的TiOx(x≤2)三维有序大孔材料的制备方法制备的TiOx(x≤2)的电镜照片之二；图4为本专利技术实施例提供的TiOx(x≤2)三维有序大孔材料的制备方法制备的TiOx(x≤2)的XRD谱图之一；图5为本专利技术实施例提供的TiOx(x≤2)三维有序大孔材料的制备方法的TiOx(x≤2)的XRD谱图之二。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本实施例提供的TiOx三维有序大孔材料的制备方法包括如下步骤：S1：制备单分散小球胶体晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiOx三维有序大孔材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：制备单分散小球胶体晶体模板；S2：依次将乙酸和钛酸四丁酯滴入无水乙醇中，在室温下搅拌，得到呈淡黄色的TiO2溶胶；S3：将单分散小球胶体晶体模板平铺于容器中；S4：将TiO2溶胶滴入容器中直到TiO2溶胶液面没过单分散小球胶体晶体模板上表面，使单分散小球胶体晶体模板能完全浸泡在TiO2溶胶中；单分散小球胶体晶体模板在TiO2溶胶中浸泡后减压抽滤，滤掉未填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶，且使得已经填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶沿着抽滤方向的填充度增大；S5：将填充TiO2溶胶后的单分散小球胶体晶体模板烘干，使得填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶受热产生乙醇蒸汽、乙酸蒸汽和水蒸气，从而使得单分散小球胶体晶体模板孔隙中只填充有TiO2；然后将烘干后的孔隙中填充有TiO2的单分散小球胶体晶体模板进行煅烧，使得TiO2晶化，同时单分散小球胶体晶体模板受热分解，单分散小球胶体晶体模板在热解过程中燃烧不充分产生CO，然后CO将TiO2部分还原，得到具有三维有序大孔结构的TiOx，其中x≤2；该步骤得到的具有三维有序大孔结构的钛氧化物含有非化学计量组分TinO2n‑1，n为正整数，且1≤n≤10。...

【技术特征摘要】
1.一种TiOx三维有序大孔材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：制备单分散小球胶体晶体模板；
S2：依次将乙酸和钛酸四丁酯滴入无水乙醇中，在室温下搅拌，得到呈淡黄色的TiO2溶胶；
S3：将单分散小球胶体晶体模板平铺于容器中；
S4：将TiO2溶胶滴入容器中直到TiO2溶胶液面没过单分散小球胶体晶体模板上表面，使单分散小球胶体晶体模板能完全浸泡在TiO2溶胶中；单分散小球胶体晶体模板在TiO2溶胶中浸泡后减压抽滤，滤掉未填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶，且使得已经填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶沿着抽滤方向的填充度增大；
S5：将填充TiO2溶胶后的单分散小球胶体晶体模板烘干，使得填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO2溶胶受热产生乙醇蒸汽、乙酸蒸汽和水蒸气，从而使得单分散小球胶体晶体模板孔隙中只填充有TiO2；然后将烘干后的孔隙中填充有TiO2的单分散小球胶体晶体模板进行煅烧，使得TiO2晶化，同时单分散小球胶体晶体模板受热分解，单分散小球胶体晶体模板在热解过程中燃烧不充分产生CO，然后CO将TiO2部分还原，得到具有三维有序大孔结构的TiOx，其中x≤2；该步骤得到的具有三维有序大孔结构的钛氧化物含有非化学计量组分TinO2n-1，n为正整数，且1≤n≤10。
2.根据权利要求1所述的TiOx三维有序大孔材料的制备方法，其特征在于，重复所述步骤S4多次，以进一步提高TiO2溶胶在单分散小球胶体晶体模板孔隙中的填充度。
3.根据权利要求1所述的TiOx三维有序大孔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括如下子步骤：
S1.1：将乳白色的单分散球形颗粒均匀分散到水中，得到单分散小球分散液；
S1.2：采用离心法、自然沉降法或干燥法使所述单分散小球分散液中的单分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷婷，张辉，张天可，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11