[发明专利]一种三维有序大孔钛酸盐及其原位自牺牲制备方法

说明书

本发明提供一种三维有序大孔钛酸盐及其原位自牺牲制备方法，包括：步骤1，制备单分散微球胶体晶体模板；步骤2，配制二氧化钛前驱体；步骤3，将胶体晶体模板加入到二氧化钛前驱体中，放置于真空条件下浸渍，取出并过滤，静置；步骤4，将填充有二氧化钛前驱体的胶体晶体模板在空气气氛下煅烧，得到三维有序大孔二氧化钛；步骤5，将三维有序大孔二氧化钛置于显碱性的金属离子溶液中，通过水热反应得三维有序大孔钛酸盐。本发明先制备三维有序大孔二氧化钛，再将三维有序大孔二氧化钛转化为三维有序大孔钛酸盐，避免了合成钛酸盐前驱体溶液的过程，克服了钛酸盐前驱体溶液粘度低，容易导致填充率低、材料的孔结构不完整、产物收缩率较大等缺点。

技术领域

本发明属于纳米材料科学及光催化化学领域，具体涉及一种三维有序大孔钛酸盐及其原位自牺牲制备方法。

背景技术

随着社会的发展，化石能源的消耗日益剧增，其给人们生活带来方便的同时对人类赖以生存的环境造成了严重的污染，如氮氧化物(NO_x)、硫化物(SO_x)、VOC等有机挥发性气体的大量排放污染大气环境，危害人类健康。随着光催化技术的发展，光催化技术已成为环境修复、水空气净化的有效手段之一。

三维有序大孔材料以其独特的优势成为新型材料领域的研究热点，三维有序大孔材料具有光子晶体的特性，存在光子禁带，而在光子带隙附近会出现慢光区，当透射过的光子符合此频率时，其群速度会大大降低，成为慢光子。如果慢光子的频率与催化剂的光吸收区域的频率相重合，便会增强光子与材料的反应程度，增加反应中的电子和空穴的数量，将会大幅度提升催化剂对光的吸收。另一方面是三维有序大孔结构相比于传统的薄膜或块体具有特殊的曲面结构，有利于更多的反应物在催化剂表面进行吸附；更大的孔体积有利于物质在光催化反应中迅速扩散，由于三维有序大孔结构的每个空气球之间还有内连通的空气孔，可以使光催化反应中的反应物与产物在催化剂中输运变得更容易，优于普通的孔结构；三维孔洞结构可以增加可见光散射，光在结构中多次散射增加了光程，增强光子与材料的反应程度，更为有效提高光催化效率。

钙钛矿型氧化物，如钛酸盐(XTiO₃)，以其灵活的化学组份、丰富的元素含量及稳定的结构成为重要的功能材料，研究表明钛酸盐因其碱金属元素的强配体结合力成为一种吸附催化材料，XTiO₃表面的碱性位点对酸性污染物气体(如NO_x)的吸附转化有非常有利的影响。目前三维有序大孔XTiO₃材料的报道很少，文献(Kai.Y,et al.Applied catalysisB:environmental,200(2017)514-520)首次报道了三维有序大孔SrTiO₃材料，其首先配制钛酸锶前驱体溶液，然后将前驱体溶液浸入模板的空隙，最终煅烧得到三维有序大孔SrTiO₃。公开号为CN107973339A的中国发明专利文献公开一种多孔纳米片构筑的三维有序大孔钛酸钙光子晶体及其合成方法，其方法也是先配置钛酸钙前驱体溶液，然后将前驱体溶液浸入模板的空隙，最终煅烧得到三维有序大孔CaTiO₃。钛酸盐没有直接的前驱物，需要通过化学合成配制前驱体溶液，而配置的前驱体溶液浓度低、粘度小；当前驱体溶液浸入模板空隙时，容易导致填充率低，材料的孔结构不完整，产物收缩率较大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种三维有序大孔钛酸盐及其原位自牺牲制备方法，避免了合成钛酸盐前驱体溶液的过程，克服了钛酸盐前驱体溶液粘度低，容易导致填充率低、材料的孔结构不完整、产物收缩率较大等缺点。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种原位自牺牲制备三维有序大孔钛酸盐的方法，先制备三维有序大孔二氧化钛，再将三维有序大孔二氧化钛和盐溶液通过水热反应制备三维有序大孔钛酸盐。

优选的，具体包括如下步骤，

步骤1，制备单分散微球胶体晶体模板；