[发明专利]一种纳米结晶有序介孔TiO2

说明书

本发明属无机膜材料技术领域，具体为一种纳米结晶有序介孔TiO₂膜及其制备方法。本发明采用联合、协同调控溶胶的酸度、成膜过程中周围环境的温度、相对湿度、有机溶剂挥发速率等因素，使钛的前驱体分子及其低聚物与模板剂分子、在溶剂挥发过程中于载体表面同步自组装，形成有序排列的有机–无机杂化的介观结构凝胶膜。再经钛的前驱体水解、交联、聚合，凝胶膜的烘干、焙烧去除模板剂、高温孔壁晶化等过程，制得纳米结晶有序介孔TiO₂膜。该方法可重复，合成条件可控。制备的膜，介孔结构有序度高，热稳定性高，膜厚在一定范围内可控；在室温及紫外光照射下、于液相中，制备的膜对藻毒素显示出良好的降解性能。

技术领域

本发明属无机膜材料技术领域，具体涉及一种纳米结晶有序介孔TiO₂膜及其制备方法；这种膜在室温与紫外光照射下，对藻毒素等污染物具有良好的降解性能。

背景技术

有序介孔TiO₂，因其具有大而可调的孔径、可变的孔道结构、高的比表面积，更重要的是具有高的光稳定性（高的抗光腐蚀性能）、无毒、廉价与相对高的活性，在光催化、催化、光电转化、传感等领域都有非常独特的潜在应用价值。因此，一直倍受广泛关注与研究。在实际应用中，介孔TiO₂通常需要以膜的形式存在，因此研制介孔TiO₂膜更具应用价值。在介孔TiO₂膜制备过程中，溶胶的酸度、成膜过程中周围环境的温度、相对湿度、以及溶剂挥发速率等因素对其形成影响很大。酸度在溶胶的制备、载体表面溶胶液膜的制备、溶剂挥发到凝胶膜形成的整个过程中均有很大影响。温度对溶剂挥发的速率和模板剂的自组装的影响最为显著。相对湿度的高低主要影响TiO₂前驱体的水解、交联与聚合。载体表面的溶胶液膜通常很薄，有些甚至极薄，有机溶剂的挥发一般采用自然挥发，因此模板剂来不及组装成有序的介观结构，溶剂早已挥发完，故很难制备出有序的介孔膜，且重复性很差。采用联合、协同调控上述影响因素，特别是调控载体表面溶胶液膜中溶剂的挥发速率，可重复制备出纳米结晶有序的介孔TiO₂膜。目前这项技术尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种纳米结晶有序介孔TiO₂膜的制备方法。

本发明提出的纳米结晶有序介孔TiO₂膜，由钛的前驱体与有机模板剂分子、在酸性条件下以及有机溶剂挥发过程中于载体表面同步自组装成有序的有机-无机杂化介观结构凝胶膜，再经焙烧除去模板剂、高温孔壁晶化制得；其空间群结构为两维六方结构（p6m）、三维六方结构（P6₃/mmc）、三维立方结构（Pm3n, Im3m, Ia3d）；孔径范围为1 – 20 nm, BET比表面积为50 – 500 m²/g；膜厚度为20 nm – 10 μm；热稳定性高于550℃，最高可达750℃以上。膜层中介孔骨架呈纳米结晶状态。

本发明中，上述介孔TiO₂膜材料为单一组份，晶相为锐钛矿或为锐钛矿与金红石的混合相或为金红石相。

本发明提出的纳米结晶有序介孔TiO₂膜的制备方法，包括研究溶胶的酸度、溶剂挥发过程中的相对湿度与温度、溶剂挥发的速率等制备条件。具体步骤如下：

（1）先将有机模板剂分子均匀分散于挥发性的有机溶剂内，在搅拌下向上述溶胶内加入酸，以调节酸度；

（2）之后在搅拌下加入钛的前驱体，继续搅拌形成均匀浅黄色（或微黄色）透明溶胶；

（3）将溶胶转移至已调控好温度、相对湿度、饱和溶剂蒸汽的样品柜内；

（4）采用浸渍-提拉法于载体表面覆盖一层溶胶液膜，然后将其置于样品架上；