[发明专利]一种基于微乳液的单分散TiO2微球的合成方法

说明书

本发明提供一种基于微乳液的单分散介孔TiO₂微球的合成方法，属于无机功能材料制备技术领域。将乙酰丙酮稳定的钛酸四正丁酯络合物分散于水中，形成类似乳液的多分散体系，通过离心操作分离去除乳液体系中少量微米尺寸的分散油滴后，原先不透明的多分散乳液体系即转变为透明的微乳体系。对该微乳体系进行150℃的水热处理就可获得单分散的介孔TiO₂微球。进一步用水稀释微乳体系可改变所合成介孔TiO₂微球的尺寸。

技术领域

本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体涉及单分散TiO₂微球的合成方法。

背景技术

半导体TiO₂因为物理化学性质稳定、环境友好、低的制备成本及强的光催化降解能力被广泛用于光催化剂、染料敏化太阳能电池、锂电池、防雾及自清洁表面材料等方面的研究。TiO₂形貌及微结构的设计对于其性能的发挥有着重要的影响。近二十年来，单分散介孔结构的TiO₂微球或其复合微球因为在染料敏化太阳能电池、锂电池、光催化剂和光子晶体等方面的应用而受到众多科研工作者的关注。单分散介孔TiO₂微球在作为光催化剂使用时具有高的吸附能力和便于回收的优点，在作为薄膜材料使用时，有利于提高光子的捕获效率，能够有效提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。现行合成单分散TiO₂微球的工艺常使用有机溶剂作为分散介质，而且需要采取一些特殊的措施如添加表面活性剂、采用其它单分散微球作为模板、在前躯体溶液中加入盐以提高溶液的离子强度等。本发明利用乙酰丙酮稳定的钛酸四正丁酯络合物独特的分子结构和温和的水解特性，配置了热力学稳定的水性微乳液，该方法以水作为分散介质，不需要加入表面活性剂等其它特殊的物质，工艺简单，绿色环保。当乙酰丙酮稳定的钛酸四正丁酯络合物被分散到水中时无需表面活性剂的界面稳定作用即形成类似乳液的分散体系，通过简单的离心操作就得到了外观透明的微乳液。经过水热过程，其中分散的钛酸四正丁酯络合物油相小液滴相互融合、经历水解-缩聚反应转化为单分散的具有介孔结构的TiO₂微球。

发明内容

本发明利用乙酰丙酮稳定的钛酸四正丁酯络合物配置了其水性分散体系，再经简单的离心操作就得到了外观透明的热力学稳定的微乳体系。经过水热处理，微乳中分散的钛酸四正丁酯络合物油相小液滴相互融合、经历水解-缩聚反应转化为单分散的TiO₂微球。通过向配置的微乳体系中加入额外的水，而后进行相同的水热工艺还可进一步调节所合成TiO₂微球的尺寸。本发明提供了一种基于微乳液的单分散TiO₂微球的合成方法，该方法以水作为分散介质，不需要加入表面活性剂等其它特殊物质，工艺简单，绿色环保。

本发明实现上述单分散TiO₂微球的技术方案是：采用乙酰丙酮对钛酸四正丁酯进行络合以缓和钛酸四正丁酯太高的水解速率，然后将其分散到去离子水中形成淡黄色的多分散体系，通过离心操作分离去除析出的少量棕色多聚体油状物即可得到透明的微乳分散体系。在水热过程中，随着温度的升高，分散在微乳体系中的小油滴同时经历物理及化学的变化。一方面，分散的小油滴因为稳定性的下降而相互融合而形成较大尺寸的油滴；另一方面，油滴因其中的钛酸四正丁酯络合物经历水解-缩聚反应而转化为介孔TiO₂微球。向微软体系中加入额外的水可加强小油滴在较低温下的水解-缩聚反应，加快油滴的矿化和表面硬化过程，进而减弱油滴间的融合现象，以合成较小尺寸的单分散TiO₂微球。该技术包含以下步骤：

1、钛酸四正丁酯络合物的配制

将乙酰丙酮按适当的比例混合到钛酸四正丁酯中，搅拌反应0.5h，得到钛酸四正丁酯络合物。

2、钛酸四正丁酯络合物多分散乳液体系的配制

在搅拌的情况下，将钛酸四正丁酯络合物加入到一定体积的去离子水中，搅拌分散1h，得到钛酸四正丁酯络合物的水性乳液体系。