[发明专利]在琼脂糖凝胶介质中仿生制备二氧化钛空心纳米球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化钛空心纳米球的制备方法，具体涉及一种在琼脂糖凝胶介质中仿生制备二氧化钛空心纳米球的方法。

背景技术

空心微/纳米球是一类内核为空气或其他气体的特殊结构的核壳粒子，与其块体材料相比具有较大的比表面积、较小的密度以及特殊的力学、光、电等物理性质，且壳层结构按照人们意愿进行构筑，使得空心纳米结构性能更加丰富，因而引起化学家和材料学家的极大兴趣，成为纳米材料化学领域中引人注目的研究方向之一。二氧化钛空心球特殊的结构及在光电、催化、气敏等方面具有优异性能，因此在太阳能电池、光催化、环境净化、气体敏感器等领域具有潜在应用价值。目前，二氧化钛空心球的制备一般采用模板法和无模板法。模板法又分为硬模板法和软模板法；硬模板法是制备空心球结构的最直接最有效的方法，一般包括以下４个步骤：１）硬模板的制备；２)修饰改性模板的表面性能；３)采用各种方法将前驱物覆盖在模板上，并采用各种处理将形成的结构紧紧地吸附在模板表面；４)有选择地去掉模板以得到所需的中空结构。硬模板是一种很简捷而实用的制备空心结构的方法，但有的硬模板需要多步制备，程序繁琐，移除硬模板后经常导致壳层的不稳定。软模板法是通过表面活性物质分子在溶液中自组装成球状胶束，以此球状胶束为模板，通过静电作用或氢键作用在模板表明吸附一层无机物质，然后通过有机溶剂或氧化等手段去核，得到微纳米空心球结构。相比于硬模板法，软模板法合成中空结构实验方法简单，条件温和，因此可以避免在硬模板中的多步操作。但软模板制备法不易控制形貌，均一性不好，不宜大量生产应用。无模板法是通过控制温度、压力等条件，使内核中的晶体溶于溶液后经过二次成核长成大晶体，从而在实心内部产生空间，在空心粒子的制备过程中不需引入模板，避免了移除模板的麻烦，可以大大减少操作步骤。但是相比于模板法，无模板法不能制备多壳层空心球，且制备的空心球表面不如模板法规则。

发明内容

为克服现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种在琼脂糖凝胶介质中仿生制备二氧化钛空心纳米球的方法，制备方法简单、产品形貌大小可控。

本发明所采用的技术方案为：一种在琼脂糖凝胶介质中仿生制备二氧化钛空心纳米球的方法，包括以下步骤：（1）配制钛的前驱体二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛溶液；（2）将含有琼脂糖及鱼精蛋白的凝胶块浸泡于步骤（1）的溶液中在室温下反应，反应后的产物经加热除去凝胶，经冷冻干燥后得到具有介孔结构的二氧化钛空心纳米球。

所述步骤（2）中的凝胶块制备步骤可以为：a.配制琼脂糖溶液；b.将鱼精蛋白加入所述琼脂糖溶液中并搅拌均匀；c.将步骤b制备的溶液在室温下静置冷却形成凝胶，将所述凝胶切成小块形成凝胶块。 

本发明的有益效果：本发明空心纳米球的制备条件温和、制备方法简单易行、颗粒大小形貌可控、适用范围广，且不需要使用模板剂，由此避免后续工艺中需移除模板造成的麻烦及制备的空心纳米球不规则的缺陷。

凝胶是一种特殊的分散体系，一般由高分子构成的弹性交联网络结构和充满其内部空间的流体组成。凝胶网络结构的孔尺寸可通过改变交联密度进行调节：高交联密度凝胶的孔尺寸在几纳米范围；而低交联密度的凝胶中可能存在很大的孔，与溶液相比，凝胶介质中对流受到抑制，扩散速率也较低，这使得矿物成核速率降低。本发明的在凝胶介质中仿生矿化的过程也可以应用到其它多种无机材料的制备工程中，避免了酸碱催化剂、有机溶剂的使用，且制备条件温和，颗粒大小形貌可控、适用范围更广。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施例1制备的二氧化钛空心纳米球的氮气吸附脱附曲线图；

图3为本发明实施例1制备的二氧化钛空心纳米球的孔径分布曲线图；

图4为本发明实施例2制备的二氧化钛空心纳米球的透射电镜（TEM）照片；

图5为本发明实施例3制备的二氧化钛空心纳米球在200℃煅烧1小时后的扫描电镜（SEM）照片；

图6为本发明对比例1制备的二氧化钛空心纳米球的透射电镜（TEM）照片。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种在琼脂糖凝胶介质中仿生制备二氧化钛空心纳米球的方法，包括以下步骤：（1）配制钛的前驱体二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛溶液；（2）将含有琼脂糖及鱼精蛋白的凝胶块浸泡于步骤（1）的溶液中在室温下反应，反应后的产物经加热除去凝胶，经冷冻干燥后得到具有介孔结构的二氧化钛空心纳米球。