钛氧配位材料的制备方法、钛氧配位材料及应用技术

本发明专利技术提供了一种钛氧配位材料的制备方法、钛氧配位材料及应用。该制备方法包括：将固态含钛化合物前驱体、有机配体和酸性水溶液按照预设比例混合，得到混合反应体系；混合反应体系在预设条件下发生反应，生成钛氧配位材料；其中，钛氧配位材料的结构包括零维至三维；固态含钛化合物前驱体与有机配体的摩尔比为1∶3～3∶1；预设条件包括：反应浓度为0.1～5mmol/mL；反应时间为2～72h。反应时间为2～72h。反应时间为2～72h。

【技术实现步骤摘要】
钛氧配位材料的制备方法、钛氧配位材料及应用


[0001]本专利技术涉及配位材料
，具体涉及一种钛氧配位材料的制备方法、钛氧配位材料及应用。

技术介绍

[0002]以二氧化钛为代表的钛氧化合物材料由于具有独特的光电响应性能和良好的生物兼容性，在新能源、生命健康、环境保护、可持续发展等领域展现出重要的应用推广前景。因此，面向新材料产业布局需求，发展新一代钛氧化合物材料的合成新方法、新技术来实现相应结构和性能的系统调控，是该领域科研和产业应用的关键环节，具有不言而喻的重要意义。
[0003]常规二氧化钛化合物由于晶体结构致密，无可及孔隙，因此活性位点数量有限，极大的限制了功能客体分子的种类和扩散速率，严重制约了其光电响应性能的进一步提升。为了解决这一关键问题，已出现多种技术策略，例如，利用模板合成方法在二氧化钛结构中直接引入孔隙(微孔、介孔、大孔以及分级孔)，或调控二氧化钛颗粒的形貌尺寸，能够实现材料比表面积的显著提高和光电响应性能的改变。然而此类材料缺乏长程有序的准确晶体结构，结晶性不理想，活性位点很难确认，构效关联不明确，材料的重复稳定性低。因此为了明确构效关联，提升材料的重复稳定性，发展具有准确原子水平晶体结构的晶态钛氧簇类化合物材料成为重要的解决策略。
[0004]目前，利用简单脂肪醇类(甲醇、乙醇、异丙醇等)、羟基(
‑
OH)、负氧(oxo，O2‑
)基团以及无机酸根(SO
42
‑
、PO
43
‑
)的组合，能够和钛离子构建具有丰富金属核数、分子笼尺寸形状的单晶钛氧簇化合物，在一定程度上实现了对二氧化钛结构的模拟和相关性能的调节。但是该简单组合结构单一，功能扩展困难，材料中活性位点的化学环境和空间特性的调控因素和范围极为有限。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种钛氧配位材料的制备方法及钛氧配位材料，且制备得到的钛氧配位材料具有高结晶度、优越的化学稳定性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种钛氧配位材料的制备方法，该方法包括：将固态含钛化合物前驱体、有机配体和酸性水溶液按照预设比例混合，得到混合反应体系；混合反应体系在预设条件下发生反应，生成钛氧配位材料；其中，钛氧配位材料的结构包括零维至三维；固态含钛化合物前驱体与有机配体的摩尔比为1∶3～3∶1；预设条件包括：反应浓度为0.1～5mmol/mL；反应时间为2～72h。
[0007]根据本专利技术的实施例，其中，固态含钛化合物前驱体为固态含钛元素化合物，固态含钛元素化合物包括以下一种：单质钛、钛氧化物、钛碳化物、钛氮化物、钛氟化物、含钛复盐或钛络合物。
[0008]根据本专利技术的实施例，其中，酸性水溶液是通过酸活化剂与水混合而成；酸活化剂
包括无机酸和有机酸，无机酸包括以下至少之一：盐酸、硫酸、硝酸或磷酸等，有机酸包括以下至少之一：甲酸、乙酸、草酸、磺酸或亚磷酸等。
[0009]根据本专利技术的实施例，其中，固态含钛化合物前驱体与酸活化剂的摩尔比为1∶1～1∶50。
[0010]根据本专利技术的实施例，其中，混合反应体系在预设条件下发生反应的反应过程包括：混合反应体系中的钛离子的活化缓释、钛离子与有机配体的配位和钛氧配位产物的结晶生长。
[0011]根据本专利技术的实施例，其中，预设条件还包括反应温度，反应温度为室温～200℃。
[0012]根据本专利技术的实施例，其中，有机配体为具有两个及两个以上的氧配位点的有机化合物。
[0013]根据本专利技术的实施例，其中，有机配体的结构母体包括以下至少之一：脂肪链、脂肪环、芳香烃、螺环、桥环或稠环；有机配体的配位基团包括以下至少之一：羧基、羟基、磺酸基、亚磷酸基、醛基或其组合基团。
[0014]本专利技术另一方面提供了一种钛氧配位材料，该钛氧配位材料是通过上述制备方法制备得到的。
[0015]本专利技术另一方面还提供了一种钛氧配位材料在混合物吸附分离、催化、客体存储、质子传导、外界刺激响应及生物医学等领域的应用。
[0016]根据本专利技术的实施例，通过采用以水为合成溶剂，固态含钛化合物前驱体为金属源，利用酸类原位活化钛前驱体，采用反传统的高浓度反应防止钛离子的水解，控制反应速率，促进钛氧配位材料的生成，平衡钛离子水解和配位过程，以解决材料活性位点的化学环境和空间特性的调控因素范围受限的问题和传统钛氧配位材料制备时受限于钛离子在溶液中的高反应活性和复杂性而导致反应控制困难，生成二氧化钛沉淀物从而无法合成高结晶度的钛氧配位材料的技术问题，实现制备得到高度结晶、化学稳定性优越的新型钛氧配位材料，同时通过反应温度、反应时间、组合物摩尔比的变化来调控钛氧配位每一过程之间的协同作用，从热力学和动力学两个方面同时实现新型钛氧配位材料的合成，体现该制备方法具有普适性的技术效果。
附图说明
[0017]图1示意性示出了根据本专利技术实施例的钛氧配位材料的制备方法的流程图；
[0018]图2(a)示意性示出了根据本专利技术实施例的有机配体的结构示意图；
[0019]图2(b)示意性示出了根据本专利技术实施例中例举的有机配体的结构示意图；
[0020]图3(a)示意性示出了根据本专利技术实施例一的钛氧配位材料的无机组分结构单元示意图；
[0021]图3(b)示意性示出了根据本专利技术实施例一的钛氧配位材料的结构示意图；
[0022]图3(c)示意性示出了根据本专利技术实施例一的钛氧配位材料的粉末X
‑
射线衍射谱图；
[0023]图3(d)示意性示出了根据本专利技术实施例一的钛氧配位材料的扫描电子显微镜图；
[0024]图3(e)示意性示出了根据本专利技术实施例一的钛氧配位材料的热重分析图；
[0025]图3(f)示意性示出了根据本专利技术实施例一的钛氧配位材料的二氧化碳吸附等温
线图；
[0026]图4(a)示意性示出了根据本专利技术实施例二的钛氧配位材料的无机组分结构单元示意图；
[0027]图4(b)示意性示出了根据本专利技术实施例二的钛氧配位材料的结构示意图；
[0028]图4(c)示意性示出了根据本专利技术实施例二的钛氧配位材料的粉末X
‑
射线衍射谱图；
[0029]图4(d)示意性示出了根据本专利技术实施例二的钛氧配位材料的扫描电子显微镜图；
[0030]图4(e)示意性示出了根据本专利技术实施例二的钛氧配位材料的热重分析图；
[0031]图4(f)示意性示出了根据本专利技术实施例二的钛氧配位材料的二氧化碳吸附等温线图；
[0032]图5(a)示意性示出了根据本专利技术实施例三的钛氧配位材料的无机组分结构单元示意图；
[0033]图5(b)示意性示出了根据本专利技术实施例三的钛氧配位材料的结构示意图；
[0034]图5(c)示意性示出了根据本专利技术实施例三的钛氧配位材料的粉末X
‑
射线衍射谱图；
[0035]图5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛氧配位材料的制备方法，包括：将固态含钛化合物前驱体、有机配体和酸性水溶液按照预设比例混合，得到混合反应体系；所述混合反应体系在预设条件下发生反应，生成钛氧配位材料；其中，所述钛氧配位材料的结构包括零维至三维；所述固态含钛化合物前驱体与所述有机配体的摩尔比为1∶3～3∶1；所述预设条件包括：反应浓度为0.1～5mmol/mL；反应时间为2～72h。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固态含钛化合物前驱体为固态含钛元素化合物，所述固态含钛元素化合物包括以下一种：单质钛、钛氧化物、钛碳化物、钛氮化物、钛氟化物、含钛复盐或钛络合物。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酸性水溶液是通过酸活化剂与水混合而成；所述酸活化剂包括无机酸或有机酸，所述无机酸包括以下至少之一：盐酸、硫酸、硝酸或磷酸，所述有机酸包括以下至少之一：甲酸、乙酸、草酸、磺酸或亚磷酸。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述固态含钛化...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪苏靖，严青青，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：