[发明专利]二氧化钛金颗粒复合介孔薄膜材料及制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛金颗粒复合介孔薄膜材料及制备方法和用途，属于无机材料催化领域。

背景技术

随着当前社会进步的日益加速，工业废水，汽车尾气和生活垃圾对环境的危害更加严重，并且严重威胁着人类的健康，治理或者控制污染排放，已成为全球共同关注的课题。

1998年，在G.D.Stucky等⁽¹⁾首次报道采用非离子型的三嵌段聚合P123(聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物)在酸性条件下合成了比表面，有序度高的六方相SBA-15介孔材料以来，人们对介孔材料合成及其在分子筛，催化，吸附，电极材料，磁性材料等应用方面进行日益广泛的研究。由于软模板组装的介孔材料具有可调孔径，高比表面积，稳定性好，合成简单而备受关注。软模板组装的介孔薄膜材料不仅可以提高客体分子的内外传输速率，增大接触面积，同时利于提高催化性能，电化学性能和磁学性能。因此，这种软模板组装的介孔薄膜材料用作催化剂，半导体材料，传感器，电极材料和磁性材料具有更广阔的应用前景。

从近年来的专利申请看，二氧化钛光催化的应用领域以涂料居多，如美国专利US6653356(2003.11.25公开)、日本专利JP2003275601(2003.9.30公开)、欧洲专利EP1316532(2003.6.4公开)等均为最新二氧化钛光催化涂料的专利报道。但是由于二氧化钛材料本身的低量子效应和宽禁带(3.0～3.2ev)，其光催化性能比较低。随后出现贵金属Au掺杂的介孔二氧化钛粉体材料(J.Am.Chem.Soc.2007，129，4538)，采用非离子型的三嵌段聚合P123为导向剂，以TiCl₄为前驱体，AuCl₃为金源，通过表面活性剂自组装以及随后热处理制备介孔二氧化钛掺金粉体材料。这种方法制备的粉体材料催化性能依然不够理想，实用性差。之后国内外还未见相关高效光催化性能的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化钛金颗粒复合介孔薄膜材料及制备方法和用途，目前尚无此类相关材料报道。

本发明涉及的具有高效催化性能的二氧化钛金颗粒复合介孔薄膜材料具有如下组成及结构特征：

二氧化钛材料具有介孔结构，孔道尺寸2～10nm，孔径分布狭窄，呈垂直孔状，金的装载根据需要可在0.0001～10％(质量百分比)间调节。

本发明的二氧化钛金颗粒复合介孔薄膜材料的制备方法包括以下步骤：

按照下述摩尔百分比，将有机模板KLE完全溶于乙醇和四氢呋喃溶液超声5分钟～2小时。

0.2～10nm金颗粒         0.0001％～10％

四氯化钛                0.01％～10％

KLE非离子型模板         30％～99％

四氢呋喃                0.01％～5％

乙醇                    0.1％～10％

去离子水                0.01％～5％

将纳米金颗粒分散于乙醇溶液中，然后加入(1)溶液中，搅拌10～50分钟。

按照上述摩尔百分比，将四氯化钛滴加于上述溶液中，搅拌1～4小时。

通过浸渍涂布法，在硅基或者FTO玻璃上制备薄膜，拉膜速度1～15毫米每秒，湿度条件5～30％。

干燥，煅烧结晶3～18小时，煅烧温度控制在300～700℃。

本发明具有高效催化性能，可用于催化剂，特别用于处理环境污染的高效催化剂。

附图说明

图1本发明提供的高效催化性能的二氧化钛金颗粒复合的介孔薄膜材料的工艺流程

图2本发明提供的二氧化钛金颗复合介孔薄膜材料在不同金源的扫描电镜照片：(a)介孔二氧化钛薄膜，未掺入金；(b)介孔二氧化钛@4％金复合薄膜，金颗粒为金源；(c)介孔二氧化钛@4％金复合薄膜，氯化金为金源。说明此材料为介孔薄膜材料，金颗粒分散于介孔薄膜中。

图3本发明提供的二氧化钛金复合介孔薄膜材料一维小角XRD散射(图3B)，二氧化钛薄膜@0.1％(红线)；@4％(蓝线)；@10％(黑线)以上金源为金颗粒；@4％(绿线)；@10％(灰线)这两种金源为氯化金；和二氧化钛@0.1％金颗粒薄膜的二维小角XRD散射(插图3A，图3C)。一维小角XRD散射曲线说明随着金颗粒量的增加，介孔有序性消失，被破坏掉；在含金量为4％的介孔薄膜材料中，其介孔孔道依然保持有序性。二维小角XRD散射说明在薄膜平面方向(xy平面)以及厚度方向(xz平面)依然保持孔的形貌，孔没有被破坏。