一种二氧化钛纳米碗阵列的制备方法技术

本发明专利技术提出一种利用三维胶体晶体自组装一步在基片上制备二氧化钛二维纳米碗阵列的方法，该方法具体包含以下步骤：(1)将二(2‑羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛(TiBALDH)和乙醇混合，之后加入一定浓度的盐酸，按照TiBALDH、乙醇及0.1M HCl的体积比为1:4:2配置二氧化钛前驱体溶液；(2)在用来做垂直自组装的微球乳液中加入微球乳液体积1.2％‑9％二氧化钛前驱体溶液，利用超声波使其充分混合；(3)将微球乳液放置于容器中，将基片竖直插入其中，将容器放置于烘箱中，溶剂挥发之后，基片表面形成二维二氧化钛纳米碗阵列。

A preparation method of titanium dioxide nano bowl array

The invention provides a method for preparing a two-dimensional nanoscale titanium dioxide bowl array on a substrate using a three dimensional colloidal crystal. The method specifically includes the following steps: (1) mixing two (2 hydroxypropionic acid) two hydrogen oxide ammonium titanium (TiBALDH) and ethanol, then adding a certain concentration of hydrochloric acid, according to TiBALDH, ethanol and 0 The volume ratio of.1M HCl is 1:4:2 configuration of titanium dioxide precursor solution; (2) in the microsphere emulsion used for vertical self assembly, the volume of microsphere emulsion is added to the solution of 9% titanium dioxide precursor, and it is fully mixed with ultrasonic wave. (3) the microsphere emulsion is placed in the container, the substrate is inserted vertically into the container, and the container is placed in the container. The container is placed in the container and the container is placed in the container. In the oven, after solvent evaporation, two dimensional titanium dioxide nano bowl array is formed on the substrate surface.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛纳米碗阵列的制备方法
本专利技术属于无机材料合成领域，涉及一种二维纳米碗阵列及其制备方法。
技术介绍
纳米碗阵列在纳米压印、高密度磁存储及微流体学等方面具有重要应用前景，另外纳米碗阵列由于其规整排列，形成了独特的光学性质，在减反射以及光子晶体的制备中也有广泛的应用。二氧化钛材料在光催化领域也有广泛的应用，纳米碗状阵列可以降低光的反射从而提升光催化过程中的光利用率。目前纳米碗阵列的制备一般是首先利用气液界面进行微球的自组装形成单层胶体晶体，并以之为模板通过化学法、磁控溅射等方法对其进行填充，最后去除微球得到二氧化钛纳米碗阵列。Cai等(J.Mater.Chem.A,2014,2,545)报道了采用共组装的方法制备具有光催化功能的三维二氧化钛反蛋白石，但是他们的报道仅限于三维结构的制备，并未涉及二维纳米碗阵列的制备。
技术实现思路
本专利技术提出一种利用三维胶体晶体自组装一步在基片上制备二氧化钛二维纳米碗阵列的方法，该方法具体包含以下步骤：(1)将二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛(TiBALDH)和乙醇混合，之后加入一定浓度的盐酸，按照TiBALDH、乙醇及0.1MHCl的体积比为1:4:2配置二氧化钛前驱体溶液；(2)在用来做垂直自组装的微球乳液中加入微球乳液体积1.2％-9％二氧化钛前驱体溶液，利用超声波使其充分混合；(3)将微球乳液放置于容器中，将基片竖直插入其中，将容器放置于烘箱中，溶剂挥发之后，基片表面形成二维二氧化钛纳米碗阵列。该方法中，微球自组装过程中，胶体晶体在基片上形成的同时，二氧化钛不但沉积于微球之间，也沉积在胶体晶体的表面，初期形成的二氧化钛含水量比较大，会随着干燥的进行而脱水收缩。胶体晶体中由于大部分体积被微球所占据，微球间的二氧化钛的收缩相对有限，而胶体晶体表面的二氧化钛层收缩幅度相应要大得多，因此，如果表面二氧化钛层有较大的厚度的话，其收缩拉力能够使整个胶体晶体膜脱离基片，形成卷装，从而在基片表面留下二维纳米碗阵列。因此，在制备过程中，应当保证二氧化钛前驱体的量要足以充满自组装形成的胶体晶体的空隙，并且要在其表面形成较厚的一层二氧化钛层。因而，本专利技术中，二氧化钛前驱体溶液的加入量为微球乳液体积的1.2％-9％，如果低于1.2％，在胶体晶体膜上没有二氧化钛沉积或者沉积的厚度较薄，都不能形成足够的收缩拉力使胶体晶体脱离基片，从而无法制得纳米碗阵列。此处不同于Cai等的文献(J.Mater.Chem.A,2014,2,545)，在其文献中，二氧化钛前驱体用量较少，因而在自组装过程中，只填充在微球缝隙之间，从而用来制备三维反蛋白石结构。步骤2中，选用的乳液一般是聚合物微球乳液，聚合物微球优选自聚苯乙烯(PS)微球、交联的PS微球、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球、聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)微球；微球的粒径为80nm-2000nm,形成乳液的分散相一般为水或者乙醇，微球乳液的浓度为0.02-0.3％(体积百分比)。步骤3中，如果乳液的分散相是水，可以将容器放置于烘箱中50-80℃进行自组装，如果分散相是乙醇，可以置于室温，让乙醇自然挥发。附图说明图1为实施例1所得到的二氧化钛纳米碗阵列的扫描电镜照片。具体实施方式以下所述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。以下所述实施例中所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可以从商业途径购得。实施例1、直径为280nm的二氧化钛纳米碗阵列的制备。将TiBALDH、乙醇及0.1MHCl按照体积比1:4:2制备二氧化钛前驱体溶液。采用无皂乳液聚合制备280nmPS微球水乳液，并用超纯水将其浓度稀释为0.1％(体积百分比)，取10ml乳液放入15mL烧杯之中，并加入400μL二氧化钛前驱体溶液,对其超声使其充分混合；将1cm×2cm的玻璃片置于食人鱼溶液(98％浓硫酸和质量百分浓度为30％的双氧水水溶液按体积比3:1配制的混合溶液；该溶液具有强氧化性，遇有机溶剂可能引发爆炸，使用中应严格注意安全)中，90℃加热处理30min，然后用去离子水清洗，并用氮气吹干，之后将其竖直放入以上装有PS微球乳液的烧杯中，将烧杯置入60℃烘箱中，48小时后，玻璃片表面形成二维纳米碗阵列，其扫描电镜图见附图1。另外，由于胶体晶体表面二氧化钛膜收缩而形成的胶体晶体卷也残留在玻璃片表面，通过高压气流冲击，可以将胶体晶体卷吹离玻璃片表面。实施例2、直径为690nm的二氧化钛纳米碗阵列的制备。将TiBALDH、乙醇及0.1MHCl按照体积比1:4:2制备二氧化钛前驱体溶液；从市场上购得690nmPS微球水相乳液，并用去离子水将其浓度稀释为0.05％(体积百分比)，取10ml放入15mL烧杯之中，并加入300μL二氧化钛前驱体溶液,对其超声使其充分混合；将一片用食人鱼溶液处理过表面亲水的1cm×2cm玻璃片竖直放入以上烧杯中，将烧杯置入60℃烘箱中，48小时后，玻璃片表面形成二氧化钛二维纳米碗阵列。另外，由于胶体晶体表面二氧化钛膜收缩而形成的胶体晶体卷也残留在玻璃片表面，通过高压气流冲击，可以将胶体晶体卷吹离其表面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提出一种利用三维胶体晶体自组装一步在基片上制备二氧化钛纳米碗阵列的方法，该方法具体包含以下步骤：(1)将二(2‑羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛(TiBALDH)和乙醇混合，之后加入一定浓度的盐酸，按照TiBALDH、乙醇及0.1M HCl的体积比为1:4:2配置二氧化钛前驱体溶液；(2)在用来做垂直自组装的微球乳液中加入微球乳液体积1.2％‑9％二氧化钛前驱体溶液，利用超声波使其充分混合；(3)将微球乳液放置于容器中，将基片竖直插入其中，将容器放置于烘箱中，使溶剂挥发，基片表面形成二维二氧化钛纳米碗阵列。

【技术特征摘要】
1.本发明提出一种利用三维胶体晶体自组装一步在基片上制备二氧化钛纳米碗阵列的方法，该方法具体包含以下步骤：(1)将二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛(TiBALDH)和乙醇混合，之后加入一定浓度的盐酸，按照TiBALDH、乙醇及0.1MHCl的体积比为1:4:2配置二氧化钛前驱体溶液；(2)在用来做垂直自组装的微球乳液中加入微球乳液体积1.2％-9％二氧化钛前驱体溶液，利用超声波使其充分混合；(3)将微球乳液放置于容器中，将基片竖直插入其中，将容器放置于烘箱中，使溶剂挥发，基片表面形成二维二氧化钛纳米碗阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中加入的二氧化钛前驱体，在微球自组装过程中，不但填充在胶体晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利魁，王晔，张佳瑜，杨井国，石刚，姚伯龙，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32