[发明专利]水热界面反应制备锐钛矿相纳米二氧化钛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水热界面反应制备锐钛矿相纳米二氧化钛的方法，属于无机多孔材料和纳米材料领域。

背景技术

关于纳米二氧化钛的制备，国内外已经有很多的相关报道，二氧化钛纳米粒子是被最广泛研究的氧化物，因为它在光催化，传感器，太阳能电池，介孔薄膜等方面有着广泛的应用。另外，由于其纳米尺度的特点，使得纳米二氧化钛材料易于同有机高分子或小分子材料进行复合，通过旋途等方法制备太阳能电池等器件。纳米二氧化钛粉体的制备有许多方法，如溶胶-凝胶方法，共沉淀方法，喷雾热分解方法等。但所合成的二氧化钛纳米粒子一般粒径较大，合成的粒子尺寸分布广。在油水形成的界面上合成二氧化钛纳米粒子尺寸小，尺寸分布窄。

本发明内容

本发明利用有机溶剂与水形成界面，利用界面反应的原理制备纳米二氧化钛颗粒，二氧化钛的纳米颗粒可以团簇成二氧化钛纳米微球。利用扫描电子显微镜，X射线衍射(XRD)、N₂吸附脱附(BET)对样品进行表征。BET结果显示内部颗粒之间形成介孔结构。本发明合成设备简单，操作方便，条件宽松，原料简单易得，同时得到的产物为纯的锐钛矿相二氧化钛，颗粒的粒径在10-20nm之间，尺寸比较均一。通过调节水与有机溶剂的比例，可以获得不同比表积的多孔的氧化钛纳米材料。

本发明的技术方案为：

一种水热界面反应制备锐钛矿相纳米二氧化钛的方法，包括以下步骤：

a)将水和甲苯按照体积比水：甲苯=0~1：1~2的配比加入反应器中，常温下搅拌，在把钛酸四丁脂的无水乙醇溶液缓慢地加入到反应器中，配比为每毫升甲苯加入0.1g的钛酸四丁脂，在整个添加过程中保持溶液的pH值为4.0，得到混合物；

b)上述混合物在常温下搅拌2h，转入反应釜内反应，静置放入140～180°C温度的恒温干燥箱内老化24h，得到液固混合物；

c)将液固混合物取出后过滤，用水和乙醇交替洗涤，洗涤到中性，把过滤产物在恒温干燥箱内干燥，得到白色的粉末，之后在马弗炉里焙烧5h，最后得到二氧化钛粉末。

所述的步骤a）中保持溶液pH值为4.0的方法是向其中滴加盐酸溶液。

所述的步骤a）中钛酸四丁脂的无水乙醇溶液的浓度为0.6mol/L。

本发明具有如下特点：

1．本发明所提供的锐钛矿相纳米二氧化钛的制备技术，与现在技术相比，具有以下的优点：制备过程具有反应条件温和，无需要特殊设备，无任何废液产生，方法简便易行的特点，且制备周期短，因而易于实现工业化。

2．可以通过调节水油比例，老化温度的不同可获得不同粒径，不同比表面积的介孔锐钛矿相的二氧化钛多孔材料。

3．制备工艺和设备简单，反应条件容易控制,可控二氧化钛比表积及孔分布。

4．制备的材料具有良好的光催化活性（见在紫外光的照射下降解亚甲基兰染料的测试），具有良好的工业应用价值。

附图说明

图1为样品XRD图片(a)实施例1，(b)实施例2，(c)实施例3，(d)实施例4，(e)实施例5，(f)实施例6。

图2为样品的氮气吸附-脱附等温线和DFT方法计算的孔径分布图，(a)实施例1，(c)实施例3，(d)实施例4，(f)实施例6。

图3为样品的扫描电镜图，(a)实施例1，(b)实施例2，(c)实施例3，(f)实施例5。

图4为本发明制备的二氧化钛与商品P25在紫外光的照射下降解亚甲基兰过程中，降解率随光照时间的变化。(a)实施例3，(b)商品P25，(c)实施例1，(d)实施例2。

具体实施方式

实施例1

将25ml水和50ml甲苯加入烧杯中，同时开始搅拌。称5g钛酸四丁脂溶在25ml的无水乙醇的溶液中（其中，钛酸四丁脂的无水乙醇溶液的浓度为0.6mol/L），形成均匀透明的溶液。在把钛酸四丁脂的无水乙醇溶液缓慢地加入到反应器中，用盐酸调节溶液的pH值始终保持为4.0，在室温下搅拌2h,将混合物转入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内。静置放入140°C的恒温干燥箱内老化24h,将液固混合物取出用循环水真空泵过滤，用水和乙醇的溶液交替进行洗涤，洗涤到中性，将产物在60°C恒温干燥箱内干燥，然后在马弗炉500°C下焙烧5h，得到二氧化钛粉末。