一种比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，将碳空心球添加到钛酸四乙酯中，在50℃加热搅拌然后超声分散0.5h，接着添加适量的二乙烯三胺，在60

【技术实现步骤摘要】
一种比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法


[0001]本专利技术涉及材料科学
，具体涉及一种比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法。

技术介绍

[0002]Ti4O7具有超过石墨的导电性，较窄的带隙以及优秀的抗腐蚀能力。然而目前在催化等领域，碳材料依旧是应用最为广泛的基底/载体。这主要是因为碳材料导电性性能好，制作成本低，同时比表面积大，有利于高效的催化过程。
[0003]现有的Ti4O7制备通常是以TiO2为前驱体，利用氢气等还原性气体、炭黑或者活泼金属作为还原剂，所需要的温度通常达到1200℃，导致Ti4O7在煅烧过程中烧结严重，尺寸通常在微米级别，同时比表面积通常小于10m2g
‑1。另外氢气在高温煅烧过程中存在安全隐患。为了提高Ti4O7的比表面积，可以在前驱体中引入聚多巴胺来抑制Ti4O7晶粒的粗化，然而该方法成本较高。尽管已有文献报道利用微波辐射法来制备比表面积超过150m2g
‑1的Ti4O7，但该方法难以进一步增大比表面积，合成的Ti4O7比表面积难以控制。模板法的反应残留物较多，反应完成以后需要将产物和模板分离，导致合成的Ti4O7的纯度难以保证。
[0004]现有的Ti4O7的粒径通常在微米级别，存在比表面积小且难以控制，前驱体与还原剂/模板无法有效分离，合成的Ti4O7的纯度低等问题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，通过控制碳空心球的量控制纳米多孔Ti4O7的比表面积，且无需后续的分离步骤。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案。
[0007]一种比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，所述合成方法包括步骤：
[0008](1)将碳空心球添加到钛酸四乙酯中，在设定温度一加热搅拌，然后超声分散设定时间一；
[0009](2)继续添加适量的二乙烯三胺，在设定温度范围二一边加热搅拌一边添加乙醇降低混合物的粘度，连续搅拌设定时间范围二后得到凝胶；
[0010](3)将所得凝胶在设定温度范围三干燥设定时间范围三得到前驱体；
[0011](4)将前驱体置于管式炉中进行煅烧，持续通入惰性气体，从室温以设定速率升温至设定温度范围四，升温以后持续通气设定时间范围四直至反应完成，然后降至室温得到比表面积可控的纳米多孔Ti4O7。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中，设定温度一为50℃，设定时间一为0.5h。
[0013]进一步地，所述步骤(2)中，设定温度范围二为60
‑
90℃，设定时间范围二为6
‑
9h。
[0014]进一步地，所述步骤(3)中，设定温度范围三为80
‑
120℃，设定时间范围三为3
‑
7h。
[0015]进一步地，所述步骤(4)中，设定速率为4
‑
9℃/min，设定温度范围四为800
‑
1000
℃，设定时间范围四为2
‑
5h。
[0016]进一步地，碳空心球为多孔碳空心球，粒径小于500nm。
[0017]进一步地，钛酸四乙酯与碳空心球的质量比为7:1
‑
45:1；比表面积可控的纳米多孔Ti4O7通过控制碳空心球添加的量来实现，在质量比范围内，Ti4O7比表面积大小与碳空心球的量呈正相关。
[0018]进一步地，钛酸四乙酯与二乙烯三胺的质量比为5:2
‑
5:4，钛酸四乙酯与乙醇的质量比为7:1
‑
5:2。
[0019]进一步地，步骤(1)和(2)的加热搅拌过程中，所处环境湿度小于55％。
[0020]进一步地，在升温程序启动前持续通入惰性气体0.5
‑
2h；惰性气体为氩气或者氦气，流速在50
‑
120sccm。
[0021]本专利技术的有益效果在于，与现有技术相比，本专利技术纳米多孔Ti4O7的合成方法，通过控制碳空心球的量可以控制纳米多孔Ti4O7的比表面积，碳球在高温煅烧过程中变成CO2/CO，且无需后续的分离步骤，比表面积可达230
‑
500m2g
‑1。
[0022]本专利技术方法无需额外的还原剂，二乙烯三胺与钛酸四乙酯可以在碳空心球表面发生交联，在煅烧过程中原有的二乙烯三胺充当还原剂，同时碳空心球既充当硬模板又充当还原剂。碳不仅还原产生了Ti4O7，同时产生的CO或CO2在Ti4O7中产生气孔，促成了纳米多孔Ti4O7的合成。
[0023]本专利技术方法不需要使用聚多巴胺等昂贵原材料，合成工艺简单且相对安全，合成的Ti4O7的纯度高，粒径在纳米级别。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一种比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法流程图；
[0025]图2是本专利技术实施例1合成的Ti4O7的XRD图；
[0026]图3是本专利技术实施例1合成的Ti4O7的TEM图；
[0027]图4是本专利技术实施例1合成的Ti4O7的BET图；
[0028]图5是本专利技术实施例2合成的Ti4O7的BET图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
[0030]如图1所示，本专利技术所述的比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，具体包括步骤：
[0031](1)将碳空心球添加到钛酸四乙酯中，在50℃(设定温度一)加热搅拌，然后超声分散0.5h(设定时间一)；
[0032]碳空心球为多孔碳空心球，粒径小于500nm，钛酸四乙酯与碳空心球的质量比为7:1
‑
45:1。
[0033]比表面积可控的纳米多孔Ti4O7通过控制碳空心球添加的量来实现，在质量比范围内，Ti4O7比表面积大小与碳空心球的量呈正相关。
[0034](2)继续添加适量的二乙烯三胺，在60
‑
90℃(设定温度范围二)中一边加热搅拌一
边添加乙醇降低混合物的粘度，连续搅拌6
‑
9h(设定时间范围二)以后得到凝胶；
[0035]钛酸四乙酯与二乙烯三胺的质量比为5:2
‑
5:4，钛酸四乙酯与乙醇的质量比为7:1
‑
5:2。
[0036]在50℃加热搅拌以及60
‑
90℃的温度控制过程中，所处环境湿度小于55％，避免较多水汽影响前驱体的交联效果。
[0037](3)将所得凝胶在80
‑
120℃(设定温度范围三)干燥3
‑
7h(设定时间范围三)得到前驱体；
[0038](4)将前驱体置于管式炉中进行煅烧，持续通入惰性气体，从室温以4
‑
9℃/min(设定速率)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，其特征在于，所述合成方法包括步骤：(1)将碳空心球添加到钛酸四乙酯中，在设定温度一加热搅拌，然后超声分散设定时间一；(2)继续添加适量的二乙烯三胺，在设定温度范围二一边加热搅拌一边添加乙醇降低混合物的粘度，连续搅拌设定时间范围二后得到凝胶；(3)将所得凝胶在设定温度范围三干燥设定时间范围三得到前驱体；(4)将前驱体置于管式炉中进行煅烧，持续通入惰性气体，从室温以设定速率升温至设定温度范围四，升温以后持续通气设定时间范围四直至反应完成，然后降至室温得到比表面积可控的纳米多孔Ti4O7。2.根据权利要求1所述的比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，设定温度一为50℃，设定时间一为0.5h。3.根据权利要求1所述的比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，其特征在于，所述步骤(2)中，设定温度范围二为60
‑
90℃，设定时间范围二为6
‑
9h。4.根据权利要求1所述的比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，其特征在于，所述步骤(3)中，设定温度范围三为80
‑
120℃，设定时间范围三为3
‑
7h。5.根据权利要求1所述的比表面积可控的纳米多孔Ti4O7的合成方法，其特征在于，所述步骤(4)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王有元，罗阳君，王煜，陈伟根，李剑，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：