一种二氧化钛球的制备方法及所得产品技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛球的制备方法及所得产品，其制备过程为：将醇与少量的去离子水、诱导试剂混和搅拌得到溶液；然后将钛前驱体的溶液加入溶液中，搅拌均匀后，转移至反应釜在烘箱中加热处理，通过控制钛前驱体的浓度、温度和时间等可以得到粒径可调的二氧化钛空心球或实心球。本发明专利技术反应温度低，制备过程简单，克服了模板法制备程序复杂、成本高、形貌可控性差等不足，所得的实心球具有表面光滑，尺寸可控，大小均匀的优点，可用于制备其它空心物质的模板，或贵金属纳米颗粒的负载。所得的空心球具有较大的比表面积，在光催化降解有机物、物质的负载、以及太阳能电池等应用领域具有广阔的前景，可广泛用于药物承载传递及微型反应器。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛球的制备方法及所得产品
本专利技术涉及一种溶剂热法制备尺寸可调的二氧化钛球的方法，属于二氧化钛材料制备
。
技术介绍
伴随着工业化进程，环境问题越来越严重，有机污染物不断地影响着人们的生活。TiO2由于具有无毒、生产成本低、耐酸碱腐蚀、化学稳定性高、光催化性能稳定等优点，作为一种光催化剂已引起研究者广泛的兴趣，科学工作者已经合成了各种形貌的TiO2，其中球形结构备受关注。实心球通常可以作为合成其它物质的模板，附着贵金属纳米颗粒的载体等，空心球则可用于微型反应器及药物载体等。空心TiO2材料由于具有大的比表面积，所以其光催化性能十分优越，TiO2样品在降解有机物以及光解水制氢、太阳能电池等领域具有潜在的应用价值，因此，人们对空心球TiO2材料的研究有着极高的兴趣，并尝试运用各种方法合成。近几年的研究中，模板法是合成空心TiO2材料最为常见的方法，人们已经用碳球，聚苯乙烯球等作为模板，然后通过煅烧或者蚀刻去除内部模板，获得空心结构，该方法工艺复杂，成本高，形貌的可控性差，球壁容易受到破坏，并且球的直径受限于模板的直径。为此科学工作者在不断探索制备TiO2球的新方法，运用简单、可重复性好、低成本的合成方法制备二氧化钛球形结构仍是一个巨大的挑战，并具有较高的应用价值。
技术实现思路
针对现有方法中工艺复杂、成本低、尺寸形貌可控性差的缺陷，本专利技术提供了一种二氧化钛球的制备方法，该 方法操作过程简单，重复性好，可控性好，所得产品性能好。本专利技术还提供了本专利技术制备的二氧化钛空心球，该空心球结构特异，比表面积大，性能优异。本专利技术利用醇、少量的水以及诱导试剂、钛前驱体，一步溶剂热法制备尺寸可调的二氧化钛空心球，该方法操作简便，不使用模板，制备的样品比表面积大，在光催化性能，太阳能电池以及光解水方面具有潜在的应用价值。通过改变制备条件，还可以得到尺寸可调的实心球，形貌可控性强，具有很强的实用性。具体技术方案如下:一种二氧化钛球的制备方法，其特征是以溶剂热法制备二氧化钛球，包括以下步骤: (1)在醇中加入水，随后加入诱导试剂，搅拌均匀，然后再加入钛前驱体，搅拌均匀，得前驱体溶液；(2)将前驱体溶液在100-20(TC下进行反应，反应后离心分离、洗涤，得二氧化钛球。上述制备方法中，所用钛前驱体、醇、水和诱导试剂均为液体，钛前驱体:醇:水:诱导试剂的体积比为2~5:1000: 1~10:1。上述制备方法中，加入去离子水可以获得尺寸均匀的空心球，在不加入去离子水的情况下，获得的空心球形结构大小尺寸不均匀。上述制备方法中，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。上述制备方法中，所述诱导试剂为巯基乙酸或巯基丙酸。上述制备方法中，所述钛前驱体为钛酸四丁酯、钛酸四丙酯或钛酸异丙酯。上述制备方法中，优选逐滴加入钛前驱体，这样可以相对缓慢的控制钛源加入速度，从而使钛源在溶液里分散更均匀，获得的二氧化钛球单分散性更好。上述制备方法中，可以控制反应温度和时间实现二氧化钛球结构的变化，当前驱体溶液在140 0C -200 1:下反应时，反应时间为4-20 h时所得二氧化钛球为二氧化钛空心球，反应时间小于4 h时，例如3-4h (不包括4h)时，所得二氧化钛球为实心球。当前驱体溶液在100-120 1:下反应时，所得的均为二氧化钛实心球，反应时间一般为3-20h。当前驱体溶液在120-140 1:下反应时，所得二氧化钛球为二氧化钛实心球和空心球的混合物。上述制备方法中，所得二氧化钛空心球为中空结构，内部为空腔，空心球表面带有孔，所述孔与内部的空腔相通，空心球直径为0.6 - 2 Mm，球壁厚为90-110nm，孔径为400nm-800 nm,比表面积为 150 -201 m2/g。上述制备方法中，所得二氧化钛实心球的直径为0.6 - 2 Mm、比表面积为40-85m2/g。通过调整反应时间和温度，可以得到空心球及实心球，通过控制钛前驱体的浓度可以改变球的大小。本专利技术制备过程不使用模板，仅使用诱导试剂、通过一步溶剂热法即可合成锐钛矿二氧化钛空心球或实心球，通过调整反应温度及反应时间，可以实现空心球和实心球之间形貌的转换，通过控制钛的用量，可以改变球的大小，通过控制温度、时间、试剂浓度等条件，可以控制孔径的大小，具有很强的可操作性和实用性。制备过程简单，反应温度低，时间短，省去了酸蚀或煅烧去除模板的步骤，避免了煅烧过程中对空心球的破坏，克服了模板法制备程序复杂、成本闻等不足。通过该方法得到的TiO2空心球具有较大的比表面积，在光催化降解有机物、物质的负载、以及太阳能电池等应用领域具有广阔的前景，可广泛用于药物承载传递及微型反应器。得到的TiO2实心球具有表面光滑，尺寸可控，大小均匀的优点，可用于制备其它空心物质的模板，或贵金属纳米颗粒的负载。本专利技术方法克服了现有工艺制备过程复杂、成本高、形貌可控性差的缺陷，具有很好的应用前景。【附图说明】图1本专利技术实施例1合成的二氧化钛空心球结构的X射线衍射(XRD)图谱。图2本专利技术实施例1合成的二氧化钛空心球结构的扫描电镜(SEM)照片。图3本专利技术实施例1合成的二氧化钛空心球结构的透射电镜(TEM)照片。图4本专利技术实施例1合成的二氧化钛空心球结构的比表面积(BET)图片。图5本专利技术实施例8合成的二氧化钛空心球的结构扫描电镜(SEM)照片。图6本专利技术实施例9合成的二氧化钛空心球的结构扫描电镜(SEM)照片。图7本专利技术实施例11合成的二氧化钛空心球的结构扫描电镜(SEM)照片。图8本专利技术实施例12合成的二氧化钛空心球的结构扫描电镜(SEM)照片。图9本专利技术实施例14合成的二氧化钛空心球的结构扫描电镜(SEM)照片。图10本专利技术实施例15合成的二氧化钛实心球的结构扫描电镜(SEM)照片。图11本专利技术实施例16合成的二氧化钛实心球的结构扫描电镜(SEM)照片。图12本专利技术实施例17合成的二氧化钛实心球的结构扫描电镜(SEM)照片。图13本专利技术二氧化钛球对甲基橙的降解效果图。【具体实施方式】下面通过实施例对本专利技术进行进一步的阐述，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。实施例11.1在20 mL乙醇中，加入0.2 mL去离子水，20 μ?巯基乙酸，室温搅拌20 min。1.2向1.1所述溶液中，逐滴加入0.1 mL钛酸四丁酯，搅拌得到均匀溶液。1.3将1.2所述溶液转移至50 mL反应釜中，在烘箱中加热至150 °C，反应10 h。1.4将冷却后的样品，进行离心洗涤，制得二氧化钛空心球样品(如图1-4所示)。所得空心球的结构特征为:合成空心球的大小尺寸均匀，直径为1.2 Mm,比表面积为172.74m2/g。图1是样品的X射线衍射图谱，从图中可以看出:所得TiO2空心球的晶型为锐钛矿型。图2是样品的扫描电镜照片，图3是样品的透射电镜照片，从图中可以看出:样品为空心球，空心球上带有孔，孔与球内部的空腔相通，球的直径为1.2 Mm，孔直径为400 nm-500 nm，球壁厚约为100 nm。图4是样品的比表面积图片，从图中可以看出:Ti02空心球对应的N2吸附等温线为IV型。实施例2 制备方法同实施例1，不同的是:所用醇为甲醇。所得空心球形貌与实施例1相同，球的直径为1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛球的制备方法，其特征是以溶剂热法制备二氧化钛球，包括以下步骤：（1）在醇中加入水，随后加入诱导试剂，搅拌均匀，然后再加入钛前驱体，搅拌均匀，得前驱体溶液；（2）将前驱体溶液在100?200℃下进行反应，反应后离心分离、洗涤，得二氧化钛球。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛球的制备方法，其特征是以溶剂热法制备二氧化钛球，包括以下步骤: (1)在醇中加入水，随后加入诱导试剂，搅拌均匀，然后再加入钛前驱体，搅拌均匀，得前驱体溶液； (2)将前驱体溶液在100-20(TC下进行反应，反应后离心分离、洗涤，得二氧化钛球。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述钛前驱体、醇、水和诱导试剂均为液体，钛前驱体:醇:水:诱导试剂的体积比为2~5:1000: 1~10:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述诱导试剂为巯基乙酸或巯基丙酸。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述钛前驱体为钛酸四丁酯、钛酸四丙酯或钛酸异丙酯。6.根据权利要求1所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨萍，贾长超，师瑞霞，王俊鹏，曹永强，马谦，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：