[发明专利]自掺杂TiO2-x

说明书

本发明提供自掺杂TiO_2‑x纳米颗粒/氧化还原染料光致变色体系及其应用，其结构式为TiO₂，所述富含Ti³⁺和氧空位的二氧化钛纳米颗粒光致变色材料的表面带负电荷；所述二氧化钛纳米颗粒光致变色材料的尺寸为1.5～7.6nm。其制备方法，包括步骤如下：将钛源和水合肼加入乙二醇中，搅拌混匀后所得混合溶液进行水热反应，之经离心洗涤，即得。本发明制备的富含Ti³⁺和氧空位的二氧化钛纳米颗粒光致变色材料具有粒径小、结晶度高、稳定性好、无污染、适合大批量生产等优点，可以广泛应用于可擦重写介质、光致变色涂料、信息的加密和解密等领域，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种自掺杂TiO_2-x纳米颗粒/氧化还原染料光致变色体系及其应用，属于智能材料技术领域。

背景技术

光响应颜色转换材料因其在传感器、安全防伪、可重写纸和智能窗中的应用而受到广泛的关注。近年来，无机-有机光致变色材料具有高热稳定性，机械灵活性和多功能性的优势，因此这类材料也被广泛应用于可印刷重写纸和食品包装氧气指示剂领域。目前，一种新型的颜色转换系统已经被开发，它主要集中了TiO₂的光还原活性和氧化还原染料的氧化还原特性。近年来，为了更好的满足实际应用的需求，一些新的光还原半导体纳米粒子被研究，如：TiO_2-x、 SnO₂、CeO₂和BiOCl等。然而，很少人注意控制可逆颜色转换体系(PCSS)的按需重新着色率。目前所报道的无机变色材料存在空穴清除能力差、电荷分离和转移效率低等问题，因此限制了光还原活性。近年来，基于TiO₂纳米粒子/MB PCSS可逆颜色转换体系存在恢复速率慢和可逆循环性能低等问题，严重限制了他们的应用。

基于TiO₂纳米粒子/MB的PCSS复色速度缓慢的根本问题主要是由于氧气对无色MB(LMB)的缓慢氧化动力学，在环境空气条件下，通常需要几个小时才能恢复到其初始蓝色。众所周知，MB的氧化还原电位高度依赖于pH值(例如，E⁰(MB/LMB)＝-0.229V和 +0.53Vvs.pH＝0和7时的SCE)。在较高pH下，LMB能被空气中的氧气快速氧化到MB。

近年来，许多人致力于研究光致变色材料/MB PCSS的变色性能，如：Wang等人研究了 TiO₂纳米粒子/MBPCSS，其恢复速率较慢且循环性能较差，且为实现可擦写纸的按需着色。 (Wang,W.；Ye,M.；He,L.；Yin,Y.Nanocrystalline TiO₂-Catalyzed PhotoreversibleColor Switching.Nano Lett.2014,14,1681-1686.)。Yang等人通过溶剂诱导和掺杂等方法来研究光致变色性能，进一步证实了通过掺杂可以一定程度的提高循环性能(Yang,K.；Chen,X.；Zheng,Z.； Wan,J.；Feng,M.；Yu,Y.Solvent-Induced Surface Disorder andDoping-Induced Lattice Distortion in Anatase TiO₂ Nanocrystals for EnhancedPhotoreversible Color Switching.J.Mater.Chem.A 2019,7,3863-3873.)。但是，上述文献所述的TiO₂/MBPCSS由于较低的pH,使得颜色的恢复速率较慢。此外，由于材料的还原活性弱使得体系的循环性能较低，开发具有优异的变色循环能力、较快恢复速率和可实现按需着色的光致变色材料存在很大逃找。