[发明专利]一种二氧化钛改性棒状二氧化硅核壳材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，尤其涉及一种二氧化钛改性棒状二氧化硅(SiO₂-TiO₂)核壳材料及其制备方法。

背景技术

有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，自诞生以来就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。有序介孔材料因其有序的孔道结构，较大的比表面积和孔体积，在催化、分离、吸附和功能化材料等领域有潜在的应用。其中介孔分子筛SBA-15是以中性表面活性剂P123为模板，利用水热法制备的棒状高度有序的介孔二氧化硅(SiO₂)材料，通过对其表面进行化学修饰，可以有效地拓展其在各个领域的应用。Wang(J.Phys.Chem.C,2011,115：22191)等使用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对短棒状介孔SiO₂材料进行后接枝改性，制备出功能化的介孔材料，其六方状介孔结构未发生改变，晶面间距、晶胞参数和壁厚均有所增加，比表面积、孔体积和孔径出现降低的趋势，且氨丙基改性后的介孔材料作为载体对PPL(猪胰脂肪酶)的固定量和对三乙酸甘油酯水解的催化活性、热稳定性、重复利用性均有显著提高。

近年来，二氧化钛(TiO₂)因其良好的半导电性、透光率、折射率、化学稳定性，以及成本廉价、无毒害性、生物兼容性等优点，受到人们的广泛关注，经常被用作无机材料的壳层结构，主要应用在催化剂、染料敏化的太阳能电池和传感器等方面。但是，TiO₂纳米粒子在反应体系中易团聚，有效比表面积也会随之减小，导致其催化活性的迅速下降，限制了其应用。为了解决上述问题，可以将TiO₂纳米粒子负载在介孔材料的表面，多孔结构的存在不仅可以有效增加TiO₂的比表面积，而且也利于TiO₂光学吸收，从而提高光催化活性。

迄今为止，关于SiO₂-TiO₂核壳材料的制备方法，文献中报道的很多，主要以模板法为主，多以SiO₂球为模板，少数以SiO₂介孔材料为模板。利用介孔材料的高度有序的介孔以及较大的比表面积，可以使TiO₂纳米粒子沉淀在介孔材料表面，制得分散性良好的SiO₂-TiO₂核壳材料。Qian(J.Phys.Chem.C,2013,117：19544)等以SBA-15为模板，通过溶胶-凝胶法使TiO₂直接负载在介孔材料表面，制得SiO₂-TiO₂核壳材料，这样将TiO₂壳直接包覆在介孔材料SiO₂核表面，在制备过程中很容易造成TiO₂纳米粒子自聚或者在SiO₂核表面形成局部团聚，从而影响其光催化效果。为解决上述问题，可以先对介孔材料进行改性，制得新的模板，如SiO₂-聚合物。

目前，利用ARGET ATRP方法接枝两亲性聚合物改性棒状介孔材料SiO₂制得样品SiO₂-PGMA-POEOMA，并以此为模板水解钛酸四丁酯(TBT)，然后高温煅烧移除聚合物，制备出棒状SiO₂-TiO₂核壳复合材料，TBT水解通过氢键作用与两亲聚合物聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-聚(甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯)(PGMA-POEOMA)作用。以ARGET ATRP法接枝两亲性聚合物改性的棒状SiO₂为模板来制备SiO₂-TiO₂核壳的复合材料还未被报道。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题就是改进传统制备棒状SiO₂-TiO₂核壳结构复合材料的方法，操作简单，方法新颖，解决传统方法制备棒状SiO₂-TiO₂复合材料过程中TiO₂纳米粒子自聚以及在介孔材料表面易团聚的问题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案实现：