[发明专利]一种介孔二氧化钛的制备方法

说明书

本发明公开了一种介孔二氧化钛的制备方法，本制备方法以含氟嵌段共聚物为模板，四氢呋喃为溶剂，钛酸正丁酯等钛的前驱体作为钛源，采用软模板法合成介孔二氧化钛，本发明方法极为简单、易于调控、制备出不同结构的介孔二氧化钛，在光催化、太阳能电池等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种介孔二氧化钛的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

嵌段共聚物的结构中引入了含氟链段，使得它拥有了独特的化学性质。氟原子具有高电负性（3.98），它是除了H原子之外的范德华半径（0.132 nm）最小的原子，而且，C-F键的键能特别高，可以达到540 kJ/mol。这些性质使得含有氟原子的聚合物具有优良的物理化学性能，比如疏水疏油的双疏性、化学惰性、热稳定性、抗氧化性、不吸收湿气、低摩擦系数、低折射率、低介电常数及一定的生物相容性等。由于其性能独特，具有广阔的应用前景，因而引起了人们的广泛关注。

TiO₂是一种重要的半导体光催化材料，在自然界中二氧化钛以三种形式存在：锐钛矿、金红石和板钛矿。它有许多优点，例如，光催化降解活性高、耐腐蚀、化学性质稳定、无毒、价格低廉等，因而在环境治理和能源方面有着重大的应用价值。已有研究表明，作为光催化剂，要求制备的二氧化钛材料比表面积大、结晶度高、晶体尺寸小。目前制备介孔二氧化钛的方法，如溶胶-凝胶法、水热法、超声法和模板法。其中，通过模板（分为软模板和硬模板）引导调控纳米材料的合成和自组装研究受到重视。由于嵌段共聚物具有丰富的相行为和优异的自组装特性以及与无机组分良好复合能力，在利用软模板法调控无机纳米材料形态方面具有广阔的发展前景。现有技术存在的不足，为提高结晶程度，往往需要高温煅烧，从而导致纳米粒子的团聚和比表面积的大幅度减小或介孔消失。因此探究一种简便、有效的合成方法，制备结构复杂，新型的介孔二氧化钛将具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种介孔二氧化钛的制备方法，以含氟嵌段共聚物为模板，调控介孔二氧化钛的结构，该制备方法反应条件相对温和，制备方法简单。

本发明选用含氟嵌段共聚物为模板，四氢呋喃为溶剂，TBOT等钛的前驱体为钛源，采用软模板法合成介孔二氧化钛。

本发明具体技术方案如下：

一种介孔二氧化钛的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）将含氟嵌段共聚物溶解在良溶剂中，形成稀溶液，然后在搅拌下向稀溶液中加入水，进行自组装；

（2）自组装完成后，向溶液中加入钛源和酸，搅拌一段时间过后，分段烘干，再将干燥的样品放入管式炉中退火，得到介孔二氧化钛粉末。

进一步的，本发明方法所述的二氧化钛粉末结构为扁平式椭圆体状介孔二氧化钛，正六边形状介孔二氧化钛纳米片，介孔二氧化钛纳米棒。

进一步的，步骤（1）中，所述含氟嵌段共聚物为聚乙二醇单甲醚-b-甲基丙烯酸十二氟庚酯，聚乙二醇单甲醚-b-甲基丙烯酸六氟丁酯，聚乙二醇单甲醚-b-甲基丙烯酸三氟乙酯中的一种或多种，优选为聚乙二醇单甲醚-b-甲基丙烯酸十二氟庚酯。

进一步的，步骤（1）中，所述含氟嵌段共聚物中，聚乙二醇单甲醚的体积分数0.1-0.5，优选为0.1-0.2。

进一步的，步骤（1）中，向体系中加入不良溶剂的体积比为0.1%-10%，优选为1%-3%。

进一步的，步骤（1）中，所述含氟嵌段共聚物在良溶剂中的浓度为0.1%-10%，优选为0.8%-2%。

进一步的，步骤（2）中，所述的钛源为TBOT、TTIP、TiCl₄、Ti(SO₄)₂，优选为TBOT。