[发明专利]一种超低密度二氧化钛泡沫的制备方法

说明书

本发明公开了一种超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，包括：以低密度金属泡沫作为原子层沉积的基底放入原子层沉积设备的反应腔，分别依次以钛源和氧源作为生成二氧化钛的前躯体，开启原子层沉积设备循环沉积，循环沉积完成后，停止加热；待反应腔温度降低至室温后，取出低密度金属泡沫和二氧化钛泡沫复合块体，将其浸泡于稀硝酸中，以去除低密度金属泡沫，得到二氧化钛块体材料；将二氧化钛块体材料冲洗，并用超临界二氧化碳干燥，得到低密度二氧化钛泡沫。此方法制备的低密度二氧化钛泡沫可应用于激光惯性约束聚变、储氢、净化、过滤、催化支架等其相关领域。

技术领域

本发明属于泡沫金属氧化物材料的制备领域，具体涉及一种采用原子层沉积与二氧化碳超临界干燥相结合方法制备超低密度二氧化钛泡沫的方法。

背景技术

TiO₂以其良好的禁带宽度、较高的催化活性及无毒、稳定性好等优点而受到广泛研究。在TiO₂微粒分散悬浮体系中，由于TiO₂颗粒细小，给催化剂的分离和回收带来极大困难，因此产生许多催化剂的固定方法，比如溶胶-凝胶法、电化学法、化学气相沉积法、喷雾热分解法、脉冲激光沉积、磁控溅射方法等。不同的制备技术对薄膜的结构、外观和性能有不同影响。TiO₂的光催化反应多数发生在界面区，即催化剂表面。因此TiO₂表面性质对反应有重要影响。表面性质主要包括表面积、晶格缺陷以及表面羟基等的影响。在晶格缺陷等其它因素相同时，表面积越大，吸附量越大，活性就越高。实际上具有大表面积的TiO₂通常存在更多的复合中心，在气凝胶表面及孔洞涂覆TiO₂薄膜，极大增加了表面积，提供最大的反应活性中心。TiO₂薄膜及低密度泡沫可应用到激光惯性约束聚变、催化、太阳能电池等领域。

目前金属泡沫的制备方法主要是去合金法。去合金法就是选择性的溶解合金中的某一成分，这种方法对原始材料由比较苛刻的要求：材料内部的成分和组织尽可能的均匀。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超低密度二氧化钛泡沫的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、以低密度金属泡沫作为原子层沉积的基底放入原子层沉积设备的反应腔，设置反应腔的温度为120～200℃，分别依次以钛源和氧源作为生成二氧化钛的前躯体，开启原子层沉积设备循环沉积，循环沉积完成后，停止加热；

步骤二、待反应腔温度降低至室温后，取出低密度金属泡沫和二氧化钛泡沫复合块体，将其浸泡于体积分数为5～20％的稀硝酸中，以去除低密度金属泡沫，得到二氧化钛块体材料；将二氧化钛块体材料冲洗，并用超临界二氧化碳干燥，得到低密度二氧化钛泡沫。

优选的是，所述低密度金属泡沫为泡沫银，所述泡沫银的制备方法为：在避光条件下，将硫化物醇溶液加入聚乙烯吡咯烷酮醇溶液中，搅拌均匀，然后加入硝酸银醇溶液，搅拌均匀后加入高压反应釜中，在160℃～200℃下反应5h～12h；自然冷却至室温，得到悬浮于醇溶液中的银纳米线泡沫；将银纳米线泡沫置于超纯水中交换洗涤多次，至溶液透明澄清后，用丙酮多次交换至水分含量低于4000ppm；冷冻干燥，得到泡沫银。

优选的是，所述泡沫银的制备方法为：在避光条件下，将硫化物醇溶液加入聚乙烯吡咯烷酮醇溶液中，加压超声15～30min，然后加入硝酸银醇溶液，搅拌均匀后加入加入超临界二氧化碳反应器中，密闭后，通入二氧化碳至15～20MPa，在温度为45℃～60℃下保持45～60min，然后泄压，加入高压反应釜中，在160℃～200℃下反应3～8h；自然冷却至室温，得到悬浮于醇溶液中的银纳米线泡沫；将银纳米线泡沫置于超纯水中交换洗涤多次，至溶液透明澄清后，用丙酮多次交换至水分含量低于4000ppm；冷冻干燥，得到泡沫银。

优选的是，所述加压超声的压力0.2～0.4MPa，频率120～150KHz。