[发明专利]一种双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体及其制备方法

说明书

一种双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体及其制备方法，属于材料技术领域，粉体的晶粒尺寸为50～100nm，晶粒堆积构成空间结构，具有150～500nm的大孔隙和2～40nm的介孔结构，形成双尺度孔隙结构；制备方法为：(1)将硝酸钴和水制成硝酸钴水溶液；(2)将无水乙醇、钛酸四丁酯和络合剂搅拌均匀混合，制成A溶液；(3)加入冰醋酸制成B溶液；(4)将硝酸钴水溶液滴入B溶液中形成钛酸钴溶胶；(5)水浴搅拌至获得凝胶；(6)干燥后在550～750℃焙烧。本发明的产品具有比表面积大，气体扩散输运容易进行和比表面积有效利用率高等优点；方法操作简单，合成温度低，无需复杂设备、成本低。

技术领域

本发明属于多孔材料技术领域，特别涉及一种双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体及其制备方法。

背景技术

钙钛矿结构的钛酸钴是一种新型的无机功能材料，在气敏传感、汽油脱硫催化、湿敏检测和光催化降解等方面都有着非常广泛的应用。纳米晶钛酸钴因其具有较大的比表面积以及表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应等，应用时比普通钛酸钴具有更为优异的表现。目前制备钛酸钴纳米材料的方法包括液相法、气相法和固相法，这些方法制备的钛酸钴纳米材料在气敏方面应用存在的主要问题是低浓度气体灵敏度差、选择性低、工作温度范围窄和响应恢复时间较长。

双尺度孔结构纳米晶钛酸钴粉体既可保留原有纳米材料的高比表面积和活性位点多等优点，同时还具有相互贯通的分级孔道体系，提供了更多的气体输运空间和选择性吸附孔道，能有效增加其对目标气体的吸附量，从而可在提高其灵敏度和选择性的同时缩短相应气敏传感器的响应、恢复时间；目前关于多孔钛酸钴粉体材料的制备方法有模板法和熔盐辅助自组装法。模板法以模板为主体构型，孔结构单一；熔盐辅助自组装法制备工艺复杂，生产成本高，不利于产业化。关于双尺度孔结构纳米晶钛酸钴粉体材料及其制备方法，目前尚未见到相关报道。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体及其制备方法，通过溶胶凝胶法制成双尺度孔隙结构，该双尺度孔隙结构能显著增加材料的有效利用面积和对目标气体的吸附量，从而提高相应气敏传感性能。

本发明双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体的晶粒尺寸为50～100nm，晶粒堆积构成空间结构，该空间结构具有150～500nm的大孔隙，同时大孔隙的孔壁具有2～40nm的介孔结构，形成双尺度孔隙结构。

上述的双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体的比表面积为90.3～102.5m²/g。

上述的双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体中钛酸钴的重量含量≥98.1％。

本发明的双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体的制备方法按以下步骤进行：

(1)将硝酸钴和水按照摩尔比1:(12～50)的比例混合，得到硝酸钴水溶液；

(2)将无水乙醇、钛酸四丁酯和络合剂搅拌均匀混合，制成A溶液，其中钛酸四丁酯与络合剂的摩尔比是1:(0.7～3.5)；无水乙醇与钛酸四丁酯的质量比是(9～21):1；

(3)在搅拌条件下，将冰醋酸滴入A溶液中，至pH值在2.5～6，制成B溶液；

(4)在搅拌条件下，将硝酸钴水溶液滴入B溶液中，硝酸钴水溶液的加入量按硝酸钴与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1，滴入结束后持续搅拌至形成钛酸钴溶胶；

(5)将钛酸钴溶胶在水浴条件下持续搅拌直至获得钛酸钴凝胶，水浴温度范围40～70℃；

(6)将所得钛酸钴凝胶在80～105℃条件下干燥至少2h，然后在550～750℃焙烧1～4h，获得双尺度孔隙结构纳米晶钛酸钴粉体。

上述的络合剂为二乙醇胺或乙酰丙酮。

上述的步骤(4)中，硝酸钴水溶液的滴入速度为1～4mL/min。