[发明专利]一种制备锐钛矿型微纳分级结构二氧化钛微球的方法

说明书

本发明公开了一种制备锐钛矿型微纳分级结构二氧化钛微球的方法，属于微纳米材料领域，用于解决现有技术制备工艺复杂、耗时长、可重复性低，微球不规整、结晶性差的问题。包括如下步骤：先在0℃冰水浴条件下，将四氯化钛倒入二氯甲烷中，搅拌均匀；然后再将0.8mol/L的CTAB水溶液与第一步得到的溶液混合，搅拌1min；最后将混合液倒入反应釜中在150‑200℃温度下反应3h，自然降温后打开反应釜，离心取下层沉淀，经去离子水和乙醇清洗，干燥，即得到微纳结构的二氧化钛微球。本发明提供的技术方案制备工艺简单、耗时短、可重复性高、微球规整、结晶性好。

技术领域

本发明属于微纳米材料领域，具体来说，是一种制备锐钛矿型微纳分级结构二氧化钛微球的方法。

背景技术

纳米材料由于其表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应引起的常规材料所不具备的奇异力学、磁学、热学、光学和化学活性等特征，使其在国防、电子、核技术、冶金、航空、轻工、医药等领域中具有重要的应用价值。但是在实际使用过程中发现纳米粉体也存在诸多问题，比如虽然纳米粉体材料活性高、比表面积大，但其结构不稳定、易团聚，从而导致性能的降低，并且在使用之后难以分离回收，尤其是在液相催化反应中。而微米尺寸的材料结构就相对稳定，而且易于分离回收，但是其活性较低。因此需要有效的整合纳米材料和微米材料的优点。而微纳分级结构材料是一种纳米材料的有序聚集体，在微观结构上具有纳米单元，保持了纳米材料的特性，即高比表面积和高反应活性等，在宏观上尺度达到微米量级，克服了纳米材料结构不稳定、易团聚的不足，成为当今纳米材料领域的重要发展方向。

纳米二氧化钛具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米二氧化钛还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。

通常工业上制备纳米二氧化钛颗粒是将钛铁矿溶于浓硫酸，随后将得到的二氧化钛水合物脱水，这种方法得到的纳米二氧化钛颗粒比表面能大，粒子极易团聚，颗粒多为不规则形状，粒径分布宽，因此限制了它们的应用范围。而分散性好、粒径分布窄的微球可以拓宽氧化钛的应用。例如，有研究表明，当二氧化钛颗粒直径为可见光一半左右(约200～500nm)时，具有很好的白度，高的折射率，用在涂料、塑料、造纸、化纤、油墨等行业可有效提高产品质量、改善产品性能。

将一维结构的纳米棒通过自组装形成微球可兼顾微球和纳米棒的优点：既具备空间三维结构，纳米棒同时可以在微观领域提供比纳米颗粒更快的电子传输能力，又具有较高的比表面积，因此大大推广了氧化钛的应用范围。例如将其用于光催化，反应结束后易于回收和分离；用于染料敏化太阳能电池的阳极材料，有利于光生电子的快速传输；用于染料敏化太阳能电池的散射层，可提高电池的光捕获能力。

专利文献CN104326507B，申请日20141030，公开了一种中空二氧化钛微球的制备方法，通过先进行二氧化硅颗粒预制体的制备，然后引入二氧化钛溶胶覆盖在二氧化硅表面，形成二氧化硅-二氧化钛的核壳结构，再通过氢氧化钠溶液去除二氧化硅核结构，并通过盐酸去除微球不纯结构，经煅烧最终得到结构稳定的二氧化钛中空微球。该方法工艺复杂、制备时间长、可重复性不高、制备的微球不够规整。