[发明专利]大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛可控生长的制备方法

说明书

本发明涉及模板法中孔金属氧化物制备领域，具体为一种大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛可控生长的制备方法。该方法通过湿化学过程以四氯化钛作为前驱体，含有极低浓度种子的二氧化硅球作为模板，水热生长具有特定晶面暴露的金红石二氧化钛，刻蚀模板后得到大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛。本发明将含有种子的硅球研磨之后重新分散到硅球前驱体溶液中，以获得种子浓度极低的二氧化硅球，将四氯化钛前驱体和上述二氧化硅模板装入反应釜中，经加热处理，刻蚀后得到大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛。

技术领域

本发明涉及模板法中孔金属氧化物制备领域，具体为一种大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛可控生长的制备方法。

背景技术

由于二氧化钛具有高的稳定性、合适的带隙、低成本、无毒等优点，其作为经典的光催化材料引起广泛的关注和深入的研究。中孔单晶氧化钛更因为它的大比表面积和单晶特性受到广泛关注，但是对于大尺寸中孔单晶的制备一直缺少有效的方法。模板法水热生长中孔单晶金红石氧化钛，种子的浓度是限制单晶生长的重要因素。通过将含有种子的硅球研磨之后重新分散到硅球前驱体溶液中，以获得种子浓度极低的二氧化硅球模板，继而以四氯化钛盐酸溶液作为前驱体，商用氟化钠作为晶面控制剂通过水热生长得到大尺寸中孔单晶金红石氧化钛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛可控生长制备方法，利用将含有种子的硅球研磨之后重新分散到硅球前驱体溶液中以获得种子浓度极低的二氧化硅球模板，这种方法可以得到大尺寸中孔单晶金红石，改变种子的浓度，可以改变中孔单晶金红石氧化钛的尺寸。

本发明的技术方案是：

一种大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛可控生长的制备方法，将含有二氧化钛、二氧化钌、二氧化锡或二氧化铱种子的硅球充分研磨后，重新分散到硅球前驱体溶液中，获得种子浓度极低的硅球模板，以四氯化钛盐酸溶液作为前驱体，商用氟化钠作为晶面控制剂，具体过程如下：

(1)取四氯化钛水溶液、氯化钌水溶液或氯化铱水溶液为种子溶液，或者取氯化亚锡的乙醇溶液或水、乙醇混合溶液为种子溶液，加入二氧化硅球，制备含种子的二氧化硅球种子模板，含种子的二氧化硅球种子模板充分研磨之后，重新加入到硅球前驱体溶液中，超声分散、离心、烧结获得种子浓度极低的二氧化硅球种子模板；

(2)将前驱体、氟化钠和二氧化硅球种子模板放入反应釜中，前驱体、氟化钠和二氧化硅球种子模板的体积、质量比例关系为(20～60ml):(0.1～1g):(0.5～20g)，反应釜密封后，放入烘箱加热处理，取出反应所得产物，用去离子水清洗并烘干，刻蚀二氧化硅球种子模板后，用去离子水和乙醇分别清洗并烘干，得到晶面暴露的大尺寸的中孔单晶金红石二氧化钛。

所述的大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛可控生长的制备方法，二氧化硅球直径为5～250纳米，充分研磨后的二氧化硅种子模板和硅球前驱体溶液的比例为1g:50ml～0.005g:3000ml，所述的硅球前驱体溶液为正硅酸乙酯、乙醇、水、氨水按体积比例80～120ml:700～800ml:20～40ml:15～25ml合成的混浊溶液。

所述的大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛可控生长的制备方法，反应釜的外套材质为不锈钢、铝合金、铜和钽的一种，反应釜的内胆材质为聚四氟乙烯和高密度聚乙烯的一种。

所述的大尺寸中孔单晶金红石二氧化钛可控生长的制备方法，作为前驱体的四氯化钛盐酸溶液中，采用商用化学纯四氯化钛，盐酸的摩尔浓度为0.05M～5M，四氯化钛的摩尔浓度为0.01M～1M；四氯化钛、氯化钌水溶液或氯化铱的水溶液中，四氯化钛、氯化钌或氯化铱的摩尔浓度为0.001mM～0.1M；氯化亚锡的乙醇溶液或水、乙醇混合溶液中，氯化亚锡的摩尔浓度为0.001mM～0.1M，乙醇与水的体积比在0～1之间。