尺寸可控球状介孔二氧化钛的制备方法技术

尺寸可控球状介孔二氧化钛的制备方法，属于材料技术领域。所述方法步骤如下：将钛酸异丙酯溶解于有机脂肪醇中，然后加入有机脂肪酸，混合均匀后，移至水热反应釜进行晶化反应，反应后将粉体样品离心，洗涤，真空干燥，即获得粉体样品。本发明专利技术在溶剂热条件下，利用有机醇类与酸酯化反应过程中缓慢地释放出来的水分子控制水解钛源，生产二氧化钛纳米晶体并团聚成球状二次粒子。介孔结构则形成于纳米晶体之间的空隙。另外，通过调控加热过程中释放出水分子量与原料量间的比值来调控二次球状粒子的粒径。本方法的合成步骤十分简单，获得粒子形貌均匀，孔结构发达，以及粒子大小可控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，涉及一种无机氧化物材料的制备方法，尤其涉及一种尺寸可调控的介孔球状二氧化钛的制备方法。
技术介绍
二氧化钛是重要的无机氧化物，它自然丰度高，且可以广泛地应用于太阳能燃料电池、光催化剂、气体及生物传感器、锂电池等诸多领域。为了能够提高二氧化钛在这些应用中的性能，人们通常采用降低粒子尺寸或者引入微孔结构的方式来提高材料比表面积。与通过降低粒子尺寸来提高样品表面积相比，弓丨入丰富的孔结构更加可取，这是由于特殊的孔结构有助于气体和液体等介质的有效吸附、传递，特殊的择形效果以及展示出独有的光学特性。另外，具有丰富孔结构的几百纳米到几个微米的粒子可以展示出与纳米粒子相当的比表面的同时，具有更加优异的化学、物理以及热稳定性。其中，孔径介于2-50 nm的材料被认定为介孔材料，它具有巨大比表面积和三维孔道结构以及其它多孔材料所不具有的优异特性，如高度有序的孔道结构，单一分布的孔径，形状多样，孔壁组成和性质可调控。此外，它的诱人之处还在于其在催化、吸附、分离及光、电、磁等许多领域的潜在应用价值。目前为止，合成介孔二氧化钛的研究很多，但是主要依赖于在合成过程中加入一些结构导向剂，如离子液体、表面活性剂、高聚物模板剂等。这也使得所获得的二氧化钛样品中残留一些有机基团于结构中，严重地覆盖了表面活性位，降低了在具体应用中的性能。也有些研究通过后续焙烧的方法尝试除去这些有机片断，但是会导致如粒子二次生长、孔结构的破坏、粒子团聚等不可避免的问题，同样没有根本解决问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种直接合成粒径可控介孔二氧化钛的合成方法。在溶剂热条件下，利用有机醇类与酸酯化反应过程中缓慢地释放出来的水分子控制水解钛源，生产二氧化钛纳米晶体并团聚成球状二次粒子。介孔结构则形成于纳米晶体之间的空隙。另外，通过调控加热过程中释放出水分子量与原料量间的比值来调控二次球状粒子的粒径。本方法的显著优势在于其合成步骤十分简单，获得粒子形貌均匀，孔结构发达，以及粒子大小可控。本专利技术的方法按以下步骤进行: (I)将0.1 2g钛酸异丙酯溶解于45ml有机脂肪醇中，然后加入5ml有机脂肪酸，混合均匀后，移至水热反应釜，120 240°C晶化反应2 24小时，该过程中涉及方程式为:CH3CH2OH + CH3COOH = CH3CH200CCH3 + H2O(1-PrO) 4Ti + 4H20 = Ti(OH)4 + 4 1-PrOHTi(OH)4 = TiO2 + 2 H2O 反应后将粉体样品离心，洗涤，于40 120°C真空干燥8 12小时，即获得粉体样品。(2)分别采用RIGAKU D/Max 3400 X-射线衍射仪: Cu-K a /40KV/100mA,扫描速度I度/分钟，分析样品晶体结构和物相；采用美国Micromeritics公司的ASAP2020型比表面测定仪:脱气温度，120°C ;脱气时间，2h，测定粉体样品的介孔结构及其孔径分布；Hitachi S-4800型扫描电子显微镜(SEM)和ZEISSLEO 922型透射电子显微镜(TEM)，观测纳米粒子的形貌和孔结构。本专利技术所使用的有机脂肪酸为乙酸或丙酸，脂肪醇为乙醇、丙醇或丁醇。本方法也可以用于合成其它金属氧化物，如W03、MxW03(M为Cs，Rb, K, Na, Li)、SnO2等。本专利技术可使用相应金属醇类盐、金属氯化物、金属有机化合物等易水解物质为起始原料。本专利技术充分利用缓释水的过程，无需使用模板剂和后续焙烧过程，一步直接获得介孔二氧化钛，最大可能的保护了表面的活性位置和孔结构，且二次粒子粒径可以调控，样品表面积高，孔径分布均匀，孔结构发达。如图1-10所示，本专利技术制备的尺寸可控球状介孔二氧化钛，产品粒径可在400nm 3 μ m之间进行调控,最可几的介孔孔径为3 4 nm,比表面积为140 170 m2/g,粉体中碳含量0.5 2 %。本专利技术中样品的介孔结构发达，粒子形貌均匀，可见光催化性能是商业化二氧化钛粉体P25的6倍。由于所制备的二氧化钛纳米/微米球具有较高的比表面、可控尺寸、一定的可见光吸收、均匀介孔结构，可被用作光催化剂、太阳能电池、卫生陶瓷、化妆品填料等诸多领域。附图说明图1为球状介孔二氧化钛 的X射线衍射谱 图2为粒径420nm球状介孔二氧化钛的扫描电子显微镜 图3为粒径850nm球状介孔二氧化钛的扫描电子显微镜 图4为粒径1150nm球状介孔二氧化钛的扫描电子显微镜 图5为粒径1.6 μ m球状介孔二氧化钛的扫描电子显微镜 图6为粒径2 μ m球状介孔二氧化钛的扫描电子显微镜 图7为粒径3 μ m球状介孔二氧化钛的扫描电子显微镜 图8为为球状介孔二氧化钛的高分辨透射电子显微镜 图9为球状介孔二氧化钛的氮气吸附与脱附曲线； 图10为球状介孔二氧化钛的孔径分布曲线。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。本专利技术的技术方案不局限于以下所列举的实施例，还包括各实施例间的任意组合。凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1: 本实例中采用的钛酸异丙酯溶质的浓度为7 mmol/L。向IOOml水热反应爸中加入45ml无水乙醇后,滴加入0.1 g钛酸异丙酯,在室温下搅拌混合；再加入乙酸5 ml，待溶液完全混合均匀后，密封反应釜，于烘箱内200 °C静置晶化4 ho冷却到室温后离心分离,依次用30 mL去离子水和30 mL无水乙醇洗漆三次,于60°C真空干燥后，获得二氧化钛粉体。获得的球状二氧化钛粒子的平均直径为420nm，比表面积162.8 m2/g,介孔孔径3.45nm,孔体积0.92cc/g,气体吸附常数45.44.实施例2: 本实例中采用的钛酸异丙酯溶质的浓度为14 mmol/L。向IOOml水热反应爸中加入45ml无水乙醇后,滴加入0.2 g钛酸异丙酯,在室温下搅拌混合；再加入乙酸5 ml,待溶液完全混合均匀后，密封反应釜，于烘箱内200 °〇静置晶化4 ho冷却到室温后离心分离,依次用30 mL去离子水和30 mL无水乙醇洗漆三次，真空干燥后，获得二氧化钛粉体。获得的球状二氧化钛粒子平均直径为850nm，比表面积172.8 m2/g,介孔孔径3.4nm，孔体积0.llcc/g，气体吸附常数57.306。实施 例3: 本实例中采用的钛酸异丙酯溶质的浓度为28 mmol/L。向IOOml水热反应爸中加入45ml无水乙醇后,滴加入0.4 g钛酸异丙酯,在室温下搅拌混合；再加入乙酸5 ml,待溶液完全混合均匀后，密封反应釜，于烘箱内200 °〇静置晶化4 ho冷却到室温后离心分离,依次用30 mL去离子水和30 mL无水乙醇洗漆三次，真空干燥后，获得二氧化钛粉体。获得的球状二氧化钛粒子平均直径为1150nm，比表面积181 m2/g，介孔孔径3.86nm，孔体积0.142cc/g，气体吸附常数34.831。实施例4: 本实例中采用的钛酸异丙酯溶质的浓度为70 mmol/L。向100ml水热反应爸中加入45ml无水乙醇后,滴加入I g钛酸异丙酯，在室温下搅拌混合；再加入乙酸5 ml,待溶液完全混合均匀后，密封反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尺寸可控球状介孔二氧化钛的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：将0.1～2g钛酸异丙酯溶解于45ml有机脂肪醇中，然后加入5ml有机脂肪酸，混合均匀后，移至水热反应釜，120～240℃晶化反应2～24小时，反应后将粉体样品离心，洗涤，真空干燥8～12小时，即获得二氧化钛粉体。

【技术特征摘要】
1.一种尺寸可控球状介孔二氧化钛的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下: 将0.1 2g钛酸异丙酯溶解于45ml有机脂肪醇中，然后加入5ml有机脂肪酸，混合均匀后，移至水热反应釜，120 240°C晶化反应2 24小时，反应后将粉体样品离心，洗涤，真空干燥8 12小时，即获得二氧化钛粉体。2.根据权利要求1所述的尺寸可控球状介孔二氧化钛的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍琴，果崇申，颜美，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：