[发明专利]一种二氧化钛球的制备方法及所得产品

说明书

技术领域

    本发明涉及一种溶剂热法制备尺寸可调的二氧化钛球的方法，属于二氧化钛材料制备技术领域。

背景技术

伴随着工业化进程，环境问题越来越严重，有机污染物不断地影响着人们的生活。TiO₂由于具有无毒、生产成本低、耐酸碱腐蚀、化学稳定性高、光催化性能稳定等优点，作为一种光催化剂已引起研究者广泛的兴趣，科学工作者已经合成了各种形貌的TiO₂，其中球形结构备受关注。实心球通常可以作为合成其它物质的模板，附着贵金属纳米颗粒的载体等，空心球则可用于微型反应器及药物载体等。空心TiO₂材料由于具有大的比表面积，所以其光催化性能十分优越，TiO₂样品在降解有机物以及光解水制氢、太阳能电池等领域具有潜在的应用价值，因此，人们对空心球TiO₂材料的研究有着极高的兴趣，并尝试运用各种方法合成。近几年的研究中，模板法是合成空心TiO₂材料最为常见的方法，人们已经用碳球，聚苯乙烯球等作为模板，然后通过煅烧或者蚀刻去除内部模板，获得空心结构，该方法工艺复杂，成本高，形貌的可控性差，球壁容易受到破坏，并且球的直径受限于模板的直径。为此科学工作者在不断探索制备TiO₂球的新方法，运用简单、可重复性好、低成本的合成方法制备二氧化钛球形结构仍是一个巨大的挑战，并具有较高的应用价值。

发明内容

针对现有方法中工艺复杂、成本低、尺寸形貌可控性差的缺陷，本发明提供了一种二氧化钛球的制备方法，该方法操作过程简单，重复性好，可控性好，所得产品性能好。

本发明还提供了本发明制备的二氧化钛空心球，该空心球结构特异，比表面积大，性能优异。

本发明利用醇、少量的水以及诱导试剂、钛前驱体，一步溶剂热法制备尺寸可调的二氧化钛空心球，该方法操作简便，不使用模板，制备的样品比表面积大，在光催化性能，太阳能电池以及光解水方面具有潜在的应用价值。通过改变制备条件，还可以得到尺寸可调的实心球，形貌可控性强，具有很强的实用性。具体技术方案如下：

一种二氧化钛球的制备方法，其特征是以溶剂热法制备二氧化钛球，包括以下步骤：

（1）在醇中加入水，随后加入诱导试剂，搅拌均匀，然后再加入钛前驱体，搅拌均匀，得前驱体溶液；

（2）将前驱体溶液在100-200℃下进行反应，反应后离心分离、洗涤，得二氧化钛球。

上述制备方法中，所用钛前驱体、醇、水和诱导试剂均为液体，钛前驱体：醇：水：诱导试剂的体积比为2~5:1000: 1~10: 1。

上述制备方法中，加入去离子水可以获得尺寸均匀的空心球，在不加入去离子水的情况下，获得的空心球形结构大小尺寸不均匀。

上述制备方法中，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。

上述制备方法中，所述诱导试剂为巯基乙酸或巯基丙酸。

上述制备方法中，所述钛前驱体为钛酸四丁酯、钛酸四丙酯或钛酸异丙酯。

上述制备方法中，优选逐滴加入钛前驱体，这样可以相对缓慢的控制钛源加入速度，从而使钛源在溶液里分散更均匀，获得的二氧化钛球单分散性更好。

上述制备方法中，可以控制反应温度和时间实现二氧化钛球结构的变化，当前驱体溶液在140 ℃-200 ℃下反应时，反应时间为4-20 h时所得二氧化钛球为二氧化钛空心球，反应时间小于4 h时，例如3-4h（不包括4h）时，所得二氧化钛球为实心球。当前驱体溶液在100-120 ℃下反应时，所得的均为二氧化钛实心球，反应时间一般为3-20h。当前驱体溶液在120-140 ℃下反应时，所得二氧化钛球为二氧化钛实心球和空心球的混合物。

上述制备方法中，所得二氧化钛空心球为中空结构，内部为空腔，空心球表面带有孔，所述孔与内部的空腔相通，空心球直径为0.6 - 2 μm，球壁厚为90-110nm，孔径为400 nm-800 nm，比表面积为150 -201 m²/g。

上述制备方法中，所得二氧化钛实心球的直径为0.6 - 2 μm、比表面积为40-85 m²/g。 

通过调整反应时间和温度，可以得到空心球及实心球，通过控制钛前驱体的浓度可以改变球的大小。