[发明专利]介孔中空球形二氧化钛及其制备方法

说明书

本发明提供了一种介孔中空球形二氧化钛，其中所述介孔中空球形二氧化钛粒径为1.0‑2.5μm，中空球壳壁厚为100‑150nm，比表面积大于50m²g^‑1，孔径分布2‑50nm，孔体积大于0.13cm³g^‑1。本发明还提供了制备介孔中空球形二氧化钛的方法。本发明的特点是：不使用模板剂(材料)，制备参数稳定且产率高，不需经过后续热处理，有望实现大规模制备。

技术领域

本发明涉及一种制备二氧化钛光催化剂，特别是一种溶剂热法制备介孔中空球形二氧化钛光催化剂的方法。

背景技术

由于其较宽的带宽、环境友好、低毒、低成本等特性，二氧化钛被认为是一种最具应用前景的半导体材料之一，已被广泛用于环境催化、传感器件、光电池、储能等诸多领域。越来越多的研究表明纳米材料的应用效果和性质在很大程度上依赖于其形貌、结构、尺寸等特性。因此，针对二氧化钛的形貌结构的设计和制备能够有效提高其应用效果。

具有微米/纳米复合尺寸效应的中空球形结构具有低密度、高的表面/体积比、和空洞效应等特性，因此具有提高应用效果的能力。而目前在制备中空球形纳米颗粒时广泛采用的方法是模板法，即通常通过吸附或化学沉淀法在硬质模板(单分散聚合物微球、硅基微球、弹基微球等)或软质模板(胶束、油滴、气泡等)上形成包覆层，随即通过腐蚀、浸渍或煅烧等方法去除模板，从而生成中空球形结构。该方法的制备过程决定了其具有制备程序复杂、产物易坍塌破损等不足，而其模板剂均为消耗性材料，成本提高。因此，开发简单易行、产品稳定、且不用模板剂来制备中空球形二氧化钛的新方法对二氧化钛的发展应用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备介孔中空球形二氧化钛光催化剂的方法，该方法具有制备过程简单、技术参数稳定、不用模板剂、不需经过后续热处理等优点，避免了程序和成本的浪费，提高了产品的稳定性。

为达成上述目的，本发明提供了一种介孔中空球形二氧化钛，其中所述介孔中空球形二氧化钛粒径为1.0-2.5μm，中空球壳壁厚为100-150nm，比表面积大于50m²g^-1，孔径分布2-50nm，孔体积大于0.13cm³g^-1。

本发明还提供了一种利用溶剂热法制备根据本发明所述的介孔中空球形二氧化钛的方法，步骤如下：

A)前驱体制备：将无机钛盐加入到醋酸/醋酸酐混合液中生成白色悬浊液，在100-140℃下回流加热至所述悬浊液重新溶解为黄色澄清溶液后继续回流加热至生成白色沉淀，随之向反应系统中再次加入醋酸/醋酸酐混合液，继续加热至伴生酸彻底挥发，将产物过滤并淋洗彻底去除残留的醋酸/醋酸酐后在不高于100℃下减压干燥即生成白色醋酸钛前驱体；

B)介孔中空球形二氧化钛的制备：称取步骤A中制备的醋酸钛前驱体，按1/80-1/40的质量比例溶解到醇中，磁力搅拌均匀后在不高于220℃的温度下反应，冷却至室温后将产物用醇清洗数次后经60-100℃真空干燥即生成介孔中空球形二氧化钛。

根据本发明的一个实施方案，所述无机钛盐是四氯化钛。

根据本发明的一个实施方案，所述醋酸/醋酸酐混合液的体积比为3:1-4:1。

根据本发明的一个实施方案，所述伴生酸彻底挥发，经回流蒸汽检测为pH>6。

根据本发明的一个实施方案，用苯进行淋洗。

根据本发明的一个实施方案，所述醇是无水乙醇。

根据本发明的一个实施方案，所述反应在聚四氟乙烯内衬反应釜中进行。

根据本发明的一个实施方案，所述方法以前驱体溶剂热法进行一次性制备，不添加任何模板剂或材料。