一種三維有序大孔二氧化鈦材料的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種三維有序大孔二氧化鈦材料的制備方法，即將單分散聚苯乙烯微球乳液、二氧化鈦溶膠形成的二元組分混合液，在一定溫度下恒溫蒸發自組裝形成二元有序材料，經焙燒除去模板劑形成三維有序大孔二氧化鈦材料。該材料中，二氧化鈦具有銳鈦礦相，并具有大孔/介孔雙孔道結構，其大孔和介孔的平均孔徑為220～336nm和3～6nm，比表面積為240～350m2/g。該三維有序大孔二氧化鈦材料的孔徑尺寸，可由模版劑聚苯乙烯的微球尺寸得以調控。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬三維有序大孔材料的制備領域，特別是涉及三維有序大孔二氧化鈦的制備技術。
技術介紹
三維有序大孔材料具有孔結構排列周期性強、孔徑分布窄、孔尺寸均勻可調及整體結構三維長程有序等一系列特點，可應用與催化劑載體、過濾及分離材料、電池和熱阻材料等方面。目前，三維有序大孔材料一般采用膠晶模版法制備，其主要步驟是(I)制備單分散微球，并組裝成膠晶模版；(2)在模版間隙內填充所需目標三維有序大孔材料的前驅物；除去模版并得到三維有序大孔材料。此種制備方法的優點是設備簡單、操作方便，得到的三維有序大孔材料有序度高。但是，也存在下列明顯的不足一是填充和除去模版過程中很容易造成大孔的收縮，最高的收縮可達到40% ;二是不能制備足夠厚度且有高度有序度的材料；三是制備時間長，有時候長達數月，阻礙了三維有序大孔材料的應用。有的文獻報道將單分散微球與前驅物納米粒子充分混合后自然沉降，在單分散微球自組裝的同時，前驅物納米粒子開始在空隙內堆積。由此共沉積的方法制備的三維有序大孔材料，收縮率明顯得到降低。但是，制備效率與制備的材料厚度仍然沒有得到明顯改盡口 ο
技術實現思路
本專利技術針對目前三維有序大孔材料制備效率低、材料厚度和機械強度不足以達到材料應用需要的問題，專利技術一種三維有序大孔二氧化鈦的制備方法。本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的本專利技術的，是以單分散聚苯乙烯微球為模版，將聚苯乙烯微球乳液-二氧化鈦溶膠形成的二元混合組分，經蒸發自組裝得到二元共沉積產品，該二元共沉積產品經高溫焙燒脫除聚苯乙烯模版以后，得到三維有序大孔二氧化鈦材料。本專利技術的如下(I)在單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球乳液中，加入二氧化鈦溶膠，超聲振蕩混合，得到二元組分混合液；(2)把上述得到的二元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度40 80°C條件下，恒溫蒸發4 8h，得到二元共沉積固體；(3)將上述二元共沉積固體在450 550°C下，焙燒2 4h以后，緩慢冷卻后得到三維有序大孔二氧化鈦材料。本專利技術所述的聚苯乙烯微球是用分散聚合法，或乳液聚合法，或無皂乳液聚合法制備的分散系數為O. 0030，粒徑在240 380nm之間的均勻微球。本專利技術所述的二氧化鈦溶膠是納米二氧化鈦粉體的穩定水分散液，二氧化鈦平均粒徑10 20nm，含量20 25wt %。本專利技術所述的二元組分混合液的體積組成比為聚苯乙烯乳液二氧化鈦溶膠=30 3。其中，聚苯乙烯乳液的固含量為7.0%，溶劑是等體積的乙醇-水。本專利技術的有益效果選擇二氧化鈦納米粒子作為前驅物填充膠晶模版的空隙，避免用鈦醇鹽，可以克服鈦醇鹽溶膠化過程中條件難以控制的弊病；采用恒溫蒸發方法對聚苯乙烯乳液-二氧化鈦溶膠進行高效組裝，它是在重力、浮力和毛細管力共同作用下的強制組裝，因而加快組裝速度，組裝時間縮短為幾個小時；通過調節聚苯乙烯乳液-二氧化鈦溶膠的濃度比，可以得到厚度達厘米級的三維有序大孔二氧化鈦材料。附圖說明圖I是實施例2制備的三維有序大孔二氧化鈦材料的掃描電鏡照片。從照片中可以清晰的看出，該三維有序大孔二氧化鈦材料呈三維有序規整排列，孔徑分布均一約為235nm，與模版劑聚苯乙烯粒徑相比，收縮率為6%，孔道與孔道之間通過小窗互相貫通。形成開放的三維有序網絡結構。圖2是實施例2制備的三維有序大孔二氧化鈦材料的孔結構分析結果。結果顯示，該三維有序大孔二氧化鈦材料具有介孔結構，其介孔孔徑約為5nm，比表面積積為280m2/g。圖3是實施例3制備的三維有序大孔二氧化鈦材料的XRD分析結果。分析結果顯示該三維有序大孔二氧化鈦材料具有銳鈦礦相結構。具體實施例方式下面結合具體實施方式對本專利技術作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本專利技術上述主題的范圍僅限于下述實施例。實施例I :在30mL單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球(粒徑340nm)乳液中，加入3mL 二氧化鈦溶膠(粒徑12nm)，超聲振蕩混合，得到二元組分混合液；把上述得到的二元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度40°C條件下，恒溫蒸發5h，得到二元共沉積固體；將上述二元共沉積固體在480°C，焙燒3h以后，緩慢冷卻后得到三維有序大孔二氧化鈦材料。實施例2 :在30mL單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球(粒徑250nm)乳液中，加入3mL 二氧化鈦溶膠(粒徑16nm)，超聲振蕩混合，得到二元組分混合液；把上述得到的二元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度60°C條件下，恒溫蒸發5h，得到二元共沉積固體；將上述二元共沉積固體在500°C下，焙燒4h以后，緩慢冷卻后得到二氧化鈦/雜多酸復合光催化劑。圖I是該三維有序大孔二氧化鈦材料掃描電鏡照片。圖2是三維有序大孔二氧化鈦材料的孔結構分析。實施例3 :在30mL單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球(粒徑380nm)乳液中，加入3mL 二氧化鈦溶膠(粒徑20nm)和，超聲振蕩混合，得到二元組分混合液；把上述得到的二元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度60°C條件下，恒溫蒸發6h，得到二元共沉積固體；將上述二元共沉積固體在520°C下，焙燒3h以后，緩慢冷卻后得到三維有序大孔二氧化鈦材料。圖3是該三維有序大孔二氧化鈦材料的X-射線圖。實施例4 :在30mL單分散(分散系數O. 0030)的聚苯乙烯微球(粒徑290nm)乳液中，加入3mL 二氧化鈦溶膠(粒徑15nm)，超聲振蕩混合，得到二元組分混合液；把上述得到的二元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度50°C條件下，恒溫蒸發5h，得到二元共沉積固體；將上述二元共沉積固體在470°C下，焙燒2h以后，緩慢冷卻后得到三維有序大孔二氧化鈦材料。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種三維有序大孔二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于制備方法如下：(1)在單分散(分散系數0.0030)的聚苯乙烯微球乳液中，加入二氧化鈦溶膠，超聲振蕩混合，得到二元組分混合液；(2)把上述得到的二元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度40～80℃條件下，恒溫蒸發4～8h，得到二元共沉積固體；(3)將上述二元共沉積固體在500～600℃下，焙燒2～4h以后，緩慢冷卻后得到三維有序大孔二氧化鈦材料。

【技術特征摘要】
1.一種三維有序大孔二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于制備方法如下 (1)在單分散(分散系數0.0030)的聚苯乙烯微球乳液中，加入二氧化鈦溶膠，超聲振蕩混合，得到二元組分混合液； (2)把上述得到的二元組分混合液置于玻璃器皿中，在溫度40 80°C條件下，恒溫蒸發4 8h，得到二元共沉積固體； (3)將上述二元共沉積固體在500 600°C下，焙燒2 4h以后，緩慢冷卻后得到三維有序大孔二氧化鈦材料。2.如權利要求書I所述的一種三維有序大孔二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于所述的單分散聚苯乙烯微球是用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉士榮，張晨，倪忠斌，陳明清，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：