[发明专利]一种白色中空二氧化钛微球及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型材料的制备技术，所制备的白色中空二氧化钛微球可应用于微胶囊电泳显示，光催化，染料敏化太阳能电池等领域。

技术背景

随着纳米科学与技术的进一步深入发展，人们对纳米材料的制备、性质、应用提出了更广更高的要求。中空微球就是一种新型结构材料。这种结构可具有一般粒子无法得到的许多新性能，有更广泛的应用前景。中空微球的制备难度较大，很难用一般的合成技术直接得到。二氧化钛是一种性能好，用途广泛的无机物，可以用于催化剂，染料，储氢材料等多个领域。中空二氧化钛兼具中空结构和二氧化钛的优点，它的制备成为研究的热点。目前，制备中空纳米粒子的方法主要为模板法，它是先通过其它方法制备得到核，再以核为模板，在其表面进行包覆后得到核-壳结构，除去核后得到中空的结构。模板法有很大的局限性，通常制备的模板需要表面改性或者添加表面活性剂来增加核壳之间的作用力，工艺过程复杂而且难以采用有效的手段对模板进行完整的包覆，这限制了它在显示方面的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种白色中空二氧化钛粒子的制备方法，本发明制备过程简单，不需要额外的表面改性或表面活性剂，且采用冷冻干燥方法处理核壳结构后，模板去除过程中壳层结构不会破坏，保持较好的完整性。所制得的中空微球形状规则，粒径大小均匀，中空结构稳定。制备的中空微球由于其较低的相对密度，较高的比表面积等优点，可以用于电泳显示中电泳粒子的制备，催化剂，染料敏化太阳能电池等领域。

本发明提供一种白色中空二氧化钛微球的制备方法，具体技术方案如下：

一种白色中空二氧化钛微球，微球粒径为120-230nm，相对密度为1.31-1.88g/cm³；以有机物共聚物微球为核，以钛酸丁酯为前驱体，通过静电吸附作用和溶胶凝胶反应，经冷冻干燥，在空气气氛中高温焙烧制备而成。

本发明的白色中空二氧化钛微球的制备方法，有机共聚物微球分散到无水乙醇中制备成1.16g/L～2.33g/L的溶液，加入有机共聚物微球质量的1.43～4.30倍的聚乙烯吡咯烷酮为分散剂，按照有机共聚物微球质量与钛酸丁酯质量比为1∶4.3～1∶14.3进行配料；

(1)将有机共聚物微球分散于无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮，快速搅拌条件下加入钛酸丁酯，反应120min后，离心分离，经冷冻干燥后得到白色球形的有机共聚物微球/二氧化钛核壳复合粒子；

(2)将有机共聚物微球/二氧化钛核壳复合粒子置于空气氛围中，在500～900℃下焙烧3小时，得到白色中空二氧化钛微球。

所述的有机共聚物微球是指甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯的共聚物或甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的共聚物。

所述的焙烧温度优选为500～700℃。所述干燥方法为冷冻干燥。

本发明提供的白色中空二氧化钛微球的制备方法，可以克服传统方法的缺陷。本发明用有机共聚物微球作为模板使得制备得到的白色中空二氧化钛微球形状规则、大小均匀且粒径和厚度易于控制，同时中空结构使得中空微球的壳与空心部分具有不同的折光系数，具有优良的光散射性能。本发明的优点还在于该法制备过程简单，原料易得。

附图说明

图1为采用实例2制得的白色中空二氧化钛微球在扫描电镜下观察的结果。

图2为采用实例2制得的白色中空二氧化钛微球的电泳显示效果图。

具体实施方式

实例1

①将甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸乙酯的有机共聚物微球0.07g分散于60mL无水乙醇中，加入0.10g聚乙烯吡咯烷酮，快速搅拌条件下加入0.30g钛酸丁酯，反应120min，离心分离，冷冻干燥后得到白色球形有机共聚物微球/二氧化钛核壳复合粒子。

②将有机共聚物微球/二氧化钛核壳复合粒子置于空气气氛中，在500℃下焙烧，得到白色中空二氧化钛微球，粒径大小均匀，约为120nm，相对密度为1.31g/cm³。

实例2

①将甲基丙烯酸甲酯与丙烯酸丁酯的有机共聚物微球0.07g分散于60mL无水乙醇中，加入0.10g聚乙烯吡咯烷酮，快速搅拌条件下加入0.50g钛酸丁酯，反应120min，离心分离，冷冻干燥后得到白色球形有机共聚物微球/二氧化钛核壳复合粒子。

②将有机共聚物微球/二氧化钛核壳复合粒子于空气氛围中，在500℃下焙烧，得到白色中空二氧化钛微球，粒径大小均匀，约为140nm，相对密度为1.38g/cm³。