含有纳米二氧化钛的材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米材料领域，公开了一种含有纳米二氧化钛的材料及其制备方法。该材料包括多孔钛载体和负载在多孔钛载体上的纳米二氧化钛；其中，所述纳米二氧化钛分布在多孔钛载体的表面和孔道中。应用时，该材料能够利用多孔钛载体的三维结构和孔道的优势，提高了反应物和材料表面的碰撞机会，提高反应效率和活性自由基的利用率。自由基的利用率。自由基的利用率。

【技术实现步骤摘要】
含有纳米二氧化钛的材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料领域，具体涉及一种含有纳米二氧化钛的材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]二氧化钛具有高化学活性和表面活性，良好的耐腐蚀性和耐热性，优异的光催化性能和无毒性，在太阳能电池、环境保护等领域受到广泛关注。
[0003]在使用的过程中，二氧化钛的比表面积对于其性能的提高至关重要。具有纳米结构的二氧化钛材料，不仅增加了二氧化钛的比表面积，还能因尺寸效应明显增强二氧化钛的电化学性能和光催化性能。此外，具有纳米结构的材料可以增加反应物和基底的接触面积，提升反应效率，促进传质，提高反应动力学。
[0004]目前，制备二氧化钛纳米结构的方法主要包括模板法、溶胶凝胶法、水热法、阳极氧化法等。阳极氧化方法，一般是在钛片上形成二氧化钛纳米管，然而这样的材料的性能仍然需要进一步提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种含有纳米二氧化钛的材料及其制备方法，该方法能够同时在多孔钛载体的表面和孔道中形成均匀的纳米二氧化钛，增大了材料的比表面积，在应用时，该材料能够利用多孔钛载体的三维结构和孔道的优势，提高了反应物和材料表面的碰撞机会，提高反应效率和活性自由基的利用率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种含有纳米二氧化钛的材料，该材料包括多孔钛载体和负载在多孔钛载体上的纳米二氧化钛；
[0007]其中，所述纳米二氧化钛分布在多孔钛载体的表面和孔道中。
[0008]本专利技术第二方面提供一种制备含有纳米二氧化钛的材料的方法，以多孔钛载体为阳极，以嵌入多孔钛载体的阴极材料为内阴极，以多孔钛载体外围的阴极材料为外阴极，在电解液的存在下，进行双电解反应。
[0009]本专利技术第三方面提供如上所述的方法制备的含有纳米二氧化钛的材料。
[0010]通过上述技术方案，本专利技术可以取得如下的有益效果：
[0011]1、本专利技术提供的材料，其表面和孔道中均分布有结构稳定、分布均匀的纳米二氧化钛，使得负载二氧化钛的多孔钛载体具有更大的比表面积。在应用时，能够利用钛载体，特别是柱状的钛载体的三维结构和孔道的优势，提高反应物和材料表面的碰撞机会，提高反应效率和活性自由基的利用率。
[0012]2、相对于传统的在钛片上负载二氧化钛的方式，采用本专利技术的方法能够在多孔钛载体的孔道和表面同时形成纳米二氧化钛，有利于发挥多孔钛载体三维结构的优势。本专利技术提供的方法对设备要求低，制备流程简单，易于操作，适合规模化生产和推广。并且，采用本专利技术提供的方法，可通过调控电解液的浓度、外加电压和双电解反应时间等参数调控制
备出的具有不同微观结构(如比表面积、纳米二氧化钛厚度)材料。
附图说明
[0013]图1是本专利技术提供的一种在双电解反应之前的多孔钛载体的扫描电镜图；
[0014]图2是实施例1制备的含有纳米二氧化钛的材料的表面的扫描电镜图；
[0015]图3是实施例1制备的含有纳米二氧化钛的材料的孔道内部的扫描电镜图。
具体实施方式
[0016]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0017]第一方面，本专利技术提供了一种含有纳米二氧化钛的材料，该材料包括多孔钛载体和负载在多孔钛载体上的纳米二氧化钛；
[0018]其中，所述纳米二氧化钛分布在多孔钛载体的表面和孔道中。
[0019]本专利技术的专利技术人在研究中发现，相对于负载有二氧化钛的钛片材料，本专利技术提供的负载有纳米二氧化钛的多孔钛载体，孔道结构的存在能够明显提高材料的比表面积，在应用时，在孔道内部，反应物和材料表面的碰撞机会更大。该材料能够利用多孔钛载体的孔道的优势，提高了反应物和材料表面的碰撞机会。
[0020]根据本专利技术，为了进一步提高材料应用时的反应效率，优选的，负载在多孔钛载体上的纳米二氧化钛呈层状，纳米二氧化钛层的厚度为30
‑
300nm(例如，可以为30nm，50nm，60nm，80nm，100nm，110nm，120nm，130nm，140nm，150nm，160nm，170nm，180nm，190nm，200nm，210nm，220nm，230nm，240nm，250nm，260nm，270nm，280nm，290nm，300nm及以上任意两个数值形成的范围的内的数值)，更优选为180
‑
200nm。能够理解的是，所述“负载在多孔钛载体上的纳米二氧化钛呈层状”指的是，纳米二氧化钛在多孔钛载体上并非以散落的点状存在，而是形成了连续的层。
[0021]根据本专利技术，为了进一步提高材料应用时的反应效率，优选的，所述多孔钛载体的孔隙率为10
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30％，孔径为20
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40μm。能够理解的是，该孔隙率和孔径指的是多孔钛载体本身的参数。孔径指的是平均孔径。
[0022]根据本专利技术，优选的，所述材料为柱状。
[0023]根据本专利技术，优选的，所述纳米二氧化钛为中空管状阵列结构，孔径为100
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200nm(例如，可以为100nm，110nm，120nm，130nm，140nm，150nm，160nm，170nm，180nm，190nm，200nm)。在电镜下观察，纳米二氧化钛本身是中空的；观察时，多个中空的纳米二氧化钛类似多个相互靠近的中空管，即呈管状结构；而且多个纳米二氧化钛管状结构呈现较为均匀的排布，即呈阵列结构。这里的孔径指的是由于形成了中空结构，中空结构内部为孔，这种孔的平均孔径大小。
[0024]根据本专利技术，为了进一步提高材料应用时的反应效率，优选的，所述含有纳米二氧化钛的材料的比表面积为0.55
‑
3m2/g(例如，可以为0.55m2/g，0.6m2/g，0.7m2/g，0.8m2/g，0.9m2/g，1m2/g，1.2m2/g，1.5m2/g，1.7m2/g，2m2/g，2.1m2/g，2.2m2/g，2.3m2/g，2.4m2/g，
2.5m2/g，2.6m2/g，2.7m2/g，2.8m2/g，2.9m2/g，3m2/g及以上任意两个数值形成的范围内的数值)，更优选为1.5
‑
2.1m2/g。
[0025]第二方面，本专利技术提供了一种制备含有纳米二氧化钛的材料的方法，以多孔钛载体为阳极，以嵌入多孔钛载体的阴极材料为内阴极，以多孔钛载体外围的阴极材料为外阴极，在电解液的存在下，进行双电解反应。
[0026]本专利技术的专利技术人在研究中发现，采用上述的双阴极，单阳极的电解方式，在电解液中，以多孔钛载体为中心，电流有两个方向，分别流向多孔钛载体的内部和外部，如此，在电解过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有纳米二氧化钛的材料，其特征在于，该材料包括多孔钛载体和负载在多孔钛载体上的纳米二氧化钛；其中，所述纳米二氧化钛分布在多孔钛载体的表面和孔道中。2.根据权利要求1所述的材料，其中，负载在多孔钛载体上的纳米二氧化钛呈层状，纳米二氧化钛层的厚度为30
‑
300nm；和/或，所述多孔钛载体的孔隙率为10
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30％，孔径为20
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40μm；和/或，所述材料为柱状；和/或，所述纳米二氧化钛为中空管状阵列结构，孔径为100
‑
200nm；和/或，所述材料的比表面积为0.55
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3m2/g。3.一种制备含有纳米二氧化钛的材料的方法，其特征在于，以多孔钛载体为阳极，以嵌入多孔钛载体的阴极材料为内阴极，以多孔钛载体外围的阴极材料为外阴极，在电解液的存在下，进行双电解反应。4.根据权利要求3所述的方法，其中，多孔钛载体一端设置有抽液口，以外加负压力使得电解液能够流通多孔钛载体内部和外部。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多孔钛载体的孔隙率为10
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30％，孔径为20
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40μm；和/或，所述多孔钛载体为柱状结构，内阴极从多孔钛载体一端的中心嵌入；和/或，所述内阴极为棒状材料，横截面直径为多孔钛载体最大横截面直径的30
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80％。6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述外阴极靠近多孔钛载体的一面与多孔钛载体外表面的距离为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙延勇，马宝刚，王卓，王涛，段英慧，张军，
申请(专利权)人：京泰环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：