基于光辅助的多孔二氧化钛的制备方法技术

一种电磁半导体技术领域的基于光辅助的多孔二氧化钛的制备方法，通过将紫外光照射钛乙二醇盐水溶液获得多孔二氧化钛。本发明专利技术制备方法快速可控、重复性好，适于规模化生产。制备所得多孔二氧化钛具有比表面积高、孔体积大、孔尺寸分布均一等特点。更为重要的是，该二氧化钛能够将光能高效地转化为存储的电子，这些存储的电子不仅可以提供电子源用于还原反应，而且能提供自旋源，以获得新的室温铁磁半导体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种电磁半导体
的方法，具体是一种基于光辅助的多孔二氧化钛的制备方法。
技术介绍
二氧化钛是一种新型的光催化剂，在紫外线的照射下，能够分解、清除附着在二氧 化钛表面的多种有机物，在环境保护和卫生医疗等领域有着重要的应用价值。多孔二氧化 钛材料具有非常大的比表面积和丰富的孔道结构，是一种性质优良的高效催化剂，它已引 起了人们的广泛关注。最近，各种各样的合成策略被用于制备多孔二氧化钛材料，这些策略 主要是基于溶胶凝胶化学，在制备过程中一般需要引入模板剂。由于钛前驱体具有非常高 的反应活性，其快速的水解和縮聚反应往往使反应难于控制，这使得这类材料的快速、规模 化制备存在着一定的困难。目前，解决这些难题主要有两种方法一是在反应体系中添加络 合物或大量的酸以抑制钛前躯体的反应活性；二是使用非水溶剂来代替水以降低钛前驱体 的水解速度。有时这两种方法同时使用。然而，实际操作中发现这样的处理方法使实验过 程十分复杂，反应条件十分苛刻，并且其制备过程一般需要引入模板剂。显然，寻求一种快 捷、高效的制备多孔二氧化钛的方法是非常必要的，具有重要的理论意义和实际应用价值。 经过对现有技术的检索发现，以表面活性剂作为模板剂的挥发自组装法被广泛的 用于制备多孔二氧化钛。该方法最早发表在Nature杂志(1998年第396巻第152-155页)， 后来，人们在此基础上通过改变优化合成条件，取得了很多进步。其中具有代表性的工作包 括S. Y. Choi等人提出用正丁醇代替通常使用的乙醇做溶剂可以更好地控制钛源的水解， 从而得到更好的介孔材料(Adv. Funct. Mater. 2004年14巻335-344页)；另外，B. Tian等 人使用混合钛源(钛醇盐和钛氯化物)代替单一钛源，加快了介孔二氧化钛的形成(Chem. Commun. 2002年1824-1825页)；W. Dong等人发现加入硅物种以及大量的盐酸可以得到大 比表面积高度有序的多孔二氧化钛(J. Am. Chem. Soc. 2007年129巻第13894-13904页)。 尽管基于软模板的挥发自组装法已经成功地合成出了多孔二氧化钛，但该方法使用了昂贵 的表面活性剂和大量的酸，合成步骤繁琐，重复性差，而且合成周期比较长，通常需要几天， 甚至十几天的时间，不适合规模化工业生产。 除此之外，基于溶胶_凝胶化学的超声方法和水热方法也被用于制备多孔二氧化 钛。典型的例子有，Y. Wang等人在Adv. Mater.杂志(2000年16巻1183-1186页)发表的 文章"超声合成介孔二氧化钛";L. Zhang等人在Chem. Commun. (2003年2078-2079页)杂志 上发表的文章"超声方法制备多级孔二氧化钛球"和Z. Liu等人在Chem. Eur. J.杂志(2007 年13巻1851-1855)上发表的文章"无模板低温水热合成多孔二氧化钛空心聚集体"。这些 方法虽然在溶胶凝胶化学的基础上引入了新的合成手段，但重复性差，而且产量不高。 因此，现阶段急需开发一种快捷、高效、廉价的方法以制备高比表面积的多孔二氧 化钛。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于光辅助的多孔二氧化钛的制 备方法，通过将紫外光照射钛乙二醇盐11(0(^2(^20)2直接获得多孔二氧化钛。本专利技术与 其他被广泛使用的制备多孔二氧化钛的方法相比更加快速、可控、重复性好，适于规模化生 产。制备所得多孔二氧化钛具有比表面积高、孔体积大、孔尺寸分布均一等特点。更为重要 的是，该二氧化钛能够将光能高效地转化为存储的电子，这些存储的电子不仅可以提供电 子源用于还原反应，而且能提供自旋源，以获得新的室温铁磁半导体。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括如下步骤 第一步向乙二醇中加入钛酸丁酯Ti(oc;H9)4，搅拌均匀并经加热回流处理后，自然冷却至室温，得到钛酸醇混合液； 所述的乙二醇与钛酸丁酯的用量为体积比io : i; 所述的加热回流处理是指将乙二醇和钛酸丁酯的混合液置于圆底烧瓶中，在 16(TC下回流2小时； 第二步将钛酸醇混合液离心分离后进行分散清洗，得到得到钛乙二醇盐。 所述的分散清洗是指采用无水乙醇作为溶剂分散并清洗各三次。 第三步将钛乙二醇盐在室温环境下进行干燥处理，获得钛乙二醇盐 Ti(OCH2CH20)2固体粉末； 第四步将钛乙二醇盐固体粉末分散在水中，在氮气气氛下用紫外光照射，得到多 孔二氧化钛。 所述的分散在水中是指将钛乙二醇盐固体粉末以lg/100mL的比例分散于去离 子水中； 所述的用紫外光照射是指用400瓦的紫外灯照射0. 25 2小时。 本专利技术具有以下明显的优点 1)与现有的多孔二氧化钛材料的合成方法相比，本专利技术所提供的方法简单直接， 所用反应物绿色、廉价易得，所用溶剂污染小，合成过程耗时少，对设备要求不高，反应条件 温和。 2)本专利技术所得多孔二氧化钛具有非常高的比表面积，大的孔容积和均一的孔径分 布。 3)本专利技术所得多孔二氧化钛可以将光能高效地转化为电子存储在骨架结构中。 4)本专利技术所得到的含有电子的多孔二氧化钛可以用作绿色还原剂，如用于还原硝 基苯合成苯胺。 5)本专利技术所得到的含有电子的多孔二氧化钛具有室温铁磁性。 附图说明 图1为实施例1样品的氮气吸附脱附等温线。图2为实施例1样品的孔径分布曲线。 图3为实施例1中样品的透射电镜照片。 图4为实施例2样品电子含量随光照时间的变化曲线。 图5为实施例3样品中苯胺含量随反应时间的变化曲线。4 图6为实施例4样品磁化率随温度的变化曲线。 图7为实施例4样品磁化率随外磁场的变化曲线。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。实施例1 : 向50mL乙二醇溶剂中加入5mL钛酸丁酯Ti (0C4H9) 4，搅拌30分钟后，将该溶液转 移到圆底烧瓶中，于16(TC回流2小时，然后自然冷却至室温； 利用离心机将上述溶液进行分离，再使用无水乙醇反复清洗3次，获得钛乙二醇 将所得的钛乙二醇盐固体在室温环境中干燥处理，得到钛乙二醇盐Ti (0CH2CH20)2 前驱体固体粉末； 称取4克钛乙二醇盐前驱体并将其分散在400mL水中，然后在氮气保护气氛下将 该溶液用400瓦的紫外灯照射2小时，即可得到多孔二氧化钛材料。 对上述方法制备的多孔二氧化钛材料进行了一些结构表征。图l所示为多孔二 氧化钛的氮气吸附脱附等温线，图2为多孔二氧化钛的孔径分布曲线。这些表征结果说明 所合成的多孔二氧化钛材料具有丰富的孔结构，其比表面积可达到534m7g，孔体积达到 0. 28mVg，平均孔径尺寸为1. 8nm。 图3所示为上述方法制备的多孔二氧化钛的透射电镜照片，说明该材料是多孔 的，孔尺寸与利用氮气吸附测量的结果一致。 实施例2 : 向50mL乙二醇溶剂中加入5mL钛酸丁酯Ti (0C4H9) 4，搅拌30分钟后，将该溶液转 移到圆底烧瓶中，于16(TC回流2小时，然后自然冷却至室温； 利用离心机将上述溶液进行分离，再将其用无水乙醇反复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光辅助的多孔二氧化钛的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：　　第一步：向乙二醇中加入钛酸丁酯Ｔｉ（ＯＣ↓［４］Ｈ↓［９］）↓［４］，搅拌均匀并经加热回流处理后，自然冷却至室温，得到钛酸醇混合液；　　第二步：将钛酸醇混合液离心分离后进行分散清洗，得到得到钛乙二醇盐；　　第三步：将钛乙二醇盐在室温环境下进行干燥处理，获得钛乙二醇盐Ｔｉ（ＯＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］Ｏ）↓［２］固体粉末；　　第四步：将钛乙二醇盐固体粉末分散在水中，在氮气气氛下用紫外光照射，得到多孔二氧化钛。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈接胜，邹晓新，王开学，李国栋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]