[发明专利]一种制备亲水亲油可控锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明属于二氧化钛纳米材料的制备领域，特别涉及一种制备亲水亲油可控锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法。

背景技术

近年来，纳米晶型二氧化钛因为其在染料，化妆品，催化剂以及太阳能电池方面的巨大价值，受到了广泛的关注。TiO₂在吸收等于或大于元λg的光辐射时，电子由价带跃迁至导带，产生了电子-空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，它们进一步与空气中的氧气和水结合生成化学性质极为活泼的自由基，从而具有杀菌、除臭、防雾、自清洁、分解有机物质等功能，把许多难降解的有机物氧化为CO₂和H₂O等无机物。光催化产生的自由基还会破坏细菌的细胞膜，使细胞质流失，进而将细胞核氧化而杀死细菌。并且这些自由基对反应物几乎无选择性，因而自由基浓度的高低在光催化氧化中起着决定性作用。而纳米材料由于其小尺寸效应、量子隧道效应、表面效应等，使得纳米材料具有更有于一些块状材料的性质。

纳米粒子的光催化活性要明显优于大颗粒材料，其原因有二：第一，纳米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变为分立的能级，能隙变宽，导带电位变得更负，价带电位变得更正，这使纳米半导体粒子获得了更强的氧化还原能力，即更高的催化活性；第二，对于纳米半导体粒子而言，其粒径的减小使光生载流子可以通过简的扩散从粒子内部迁移到粒子的表面上而与电子给体或者电子受体发生氧化或还原反应。

计算表明，在粒径为1μm的TiO₂粒子中，电子从内部扩散到表面的时间约为100ns，而当粒径为10nm的时候，扩散时间只有10ps，扩散时间大幅减少的直接后果就是电子与空穴之间复合的机会减少，电荷分离效果增强，从而导致光催化活性的提高。并且纳米TiO₂作为光催化材料具有许多的优点：能耗低，反应条件温和，在紫外光照射或暴露在太阳光下发生；反应速度快，降解过程发生快，一般需要几分钟到几个小时；降解没有选择性，几乎能降解任何有机物，尤其适合于降解多环芳烃类，多氯联苯类物质。消除二次污染，有机物被彻底降解为CO₂和H₂O的优势。纳米TiO₂作为新型纺织品自清洁材料，用到一些有机纺丝材料中，作为抗紫外添加剂添加到油溶性化妆品中，作为光催化剂用于一些有机污染物的催化材料，以及作为白色颜料，需与一些有机溶剂或无机溶剂相混溶，掺入涂料、橡胶、塑料等以改善其性能，这些应用都需要纳米二氧化钛具有较好的油溶性或者水溶性，以更好的发挥其作为光催化材料、自清洁材料、白色染料的功能。

正因为纳米二氧化钛的应用成为一个研究的热点，纳米二氧化钛制备的研究也收到了广泛的研究，目前二氧化钛纳米材料的制备方法主要包括以下几种：溶胶凝胶模板法(Matsui，K.；Mouri，M.；Koroki，M.；Kijima，T.Adv.Mater.2002，14，309)、水热合成法(Gui，Z.；Fan，R.；Mo，W.；Chen，X.；Yang，L.；Zhang，S.；Hu，Y.；Wang，Z.；Fan，W.Chem.Mater.2002，14，5053)、W/O微乳液法(S.P.Moulik，B.K.Paul.Mechanism of Formation of Titanium Dioxide ultrafine Particles in Reverse Micelles by Hydrolysis of Titanium Tetrabutoxide Advances in Colloid and Inierfaee Science.199878，99)等诸多方法，但是从以往的合成结果来看，各种方法所制备得到的二氧化钛纳米材料大多都是亲水性的，而关于亲油性的二氧化钛纳米材料的比较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备亲水亲油可控锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法，该方法简单方便，重复性好，制备出优良的水溶性和油溶性的锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒，具有良好的应用前景。

本发明的一种制备亲水亲油可控锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒的方法，包括：

(1)室温下，将保护剂和钛源依次溶解到有机溶剂中形成有机相；配制pH为7～11的碱性水溶液为水相；

(2)将上述的有机相和水相按体积比1∶1置于水热反应釜内，形成上下两层，控制反应温度为100～160℃，反应72～84h，加入乙醇洗涤，离心，最后干燥，即得。

步骤(1)中所述的保护剂为十二胺，其在所得有机相中的浓度为0.2-0.6mol/L。