[发明专利]一种聚苯胺插层钛酸盐纳米复合材料及其制备方法

权利要求书

1、一种聚苯胺插层钛酸盐纳米复合材料，其特征在于：该纳米复合材料的化学组成为PANI/H_xTi_2-x/4□_x/4O₄·H₂O；其中，H_xTi_2-x/4□_x/4O₄·H₂O为质子化层状钛酸盐，钛与氧以八面体通过共边、共点形成具有褶皱状的二维层状结构，层板厚度为0.7～1.2nm；x取值范围为0.65≤x≤0.75；□为层板中钛元素空位，由于层板钛缺失而带有一定量的负电荷，具有n型半导体性质；PANI为聚苯胺，位于质子化层状钛酸盐H_xTi_2-x/4□_x/4O₄·H₂O的层间，PANI在复合材料中所占质量分数为7.0～8.0％，PANI被H_xTi_2-x/4□_x/4O₄·H₂O层间的H⁺所掺杂，具有p型半导体性质；因此聚苯胺插层钛酸盐PANI/H_xTi_2-x/4□_x/4O₄·H₂O是一种微观上具有p-n结异质结构的纳米复合材料。

2、一种制备权利要求1所述的聚苯胺插层钛酸盐纳米复合材料的方法，其特征在于，工艺步骤如下：

A.层状钛酸铯的制备：将碳酸铯Cs₂CO₃和二氧化钛TiO₂按照1∶5.1～1∶5.5的摩尔比混合研磨，混合物在马弗炉中800～900℃下煅烧30～60分钟，待其冷却至室温后研磨并在800～900℃煅烧20～24小时，待其冷却至室温后再次研磨并在800～900℃煅烧20～24小时，得到层状钛酸铯Cs_xTi_2-x/4□_x/4O₄，其中0.65≤x≤0.75；

B.质子化层状钛酸盐的制备：将浓度为1.0～1.5mol/L的盐酸HCl溶液与层状钛酸铯固体按照50～150mL/g的液固比混合搅拌3～4天，每24小时更换一次1.0～1.5mol/L的盐酸HCl溶液；产物用二次蒸馏水洗涤过滤至滤液pH值为6～7，得到质子化层状钛酸盐H_xTi_2-x/4□_x/4O₄·H₂O，其中0.65≤x≤0.75；将其置于盛有饱和氯化钠NaCl溶液的干燥器中干燥至恒重；

C.聚苯胺插层钛酸盐的制备：将二次蒸馏水与干燥至恒重的质子化层状钛酸盐固体按照50～150mL/g的液固比混合，超声10～20分钟获得悬浊液；按照苯胺液体与质子化层状钛酸盐固体为3.5～5.5mL/g的液固比将苯胺加入到上述悬浊液中，在40～60℃下搅拌6～8天，直至悬浊液的颜色变为墨绿色后停止搅拌；将墨绿色的悬浊液在砂芯漏斗中用二次蒸馏水洗涤过滤至滤液的pH值为6～7；然后用乙醇洗涤过滤，直至滤液用紫外-可见分光光度计检测无苯胺的特征吸收峰；最后将所得样品在50～70℃真空干燥，得到聚苯胺插层钛酸盐PANI/H_xTi_2-x/4□_x/4O₄·H₂O。