[发明专利]一种制备多孔TiO2准单分散微米空心球的方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能、光催化与光化学材料领域，具体为一种制备多孔TiO₂准单分散微米空心球的方法。

背景技术

TiO₂是一种被广泛研究和应用的无机材料，无毒、无害、化学性质非常稳定。在新型太阳能电池电极、锂电池电极、光催化去除水中有机与微生物，裂解水制氢等领域有着非常好的应用前景。TiO₂的形貌和结构是影响其性能的重要因素，纳米尺寸的TiO₂具有良好的光电转化与光催化性能，但是难以回收，形成微米尺寸的团聚后易回收但是性能下降。而微米空心球很好地解决了这之间的矛盾，此外还具有一系列独特的性质（如：低密度，高表面/体积比，良好的通透性，高的光捕获能力），因而备受关注。

传统制备空心球的方法有硬模板法和软模板法。比如用聚苯乙烯球做硬模板，用十二烷基磺酸钠做软模板等。制备时需要把这些模板通过煅烧或溶解而除去才能得到空心球，整个制备过程很复杂，且最终形貌依赖于模板的好坏。其他如利用离子液体形成微米尺寸的液滴以及反应中原位生成气泡等方法也用来制备空心球。实际上，这些液滴和气泡也可以看作是某种模板，而且这两种方法需要用到的试剂体系也很复杂。

近年来，一种无模板制备具有空心结构TiO₂的方法得到了发展。这种方法基于水热或溶剂热条件下的奥斯特瓦尔德熟化机制。其基本思想是在酸性pH环境下，钛的前驱体水解形成球形的团聚体，然后经历奥斯特瓦尔德熟化过程由实心球转变为核壳结构或空心球。已有研究可以归为TiF₄+酸和Ti(SO₄)₂/TiOSO₄+HF这两个体系，其中使用TiF₄作为钛源的体系在某些条件下可以得到准单分散的纳米空心球，而使用Ti(SO₄)₂/TiOSO₄作为钛源的体系所得空心球往往很多都连在一起，形成一个大的空心结构，即但分散性非常差。他们都不能很好地解决上文所提性能与回收这一矛盾，这就限制和阻碍了这种无模板制备方法的发展和工业应用。

为了使TiO₂空心球能够大规模的生产和工业应用，必须解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在不能得到准单分散的微米空心球的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种多孔TiO₂准单分散微米空心球的制备方法。

本发明采用如下的技术方案：

一种制备多孔TiO₂准单分散微米空心球的方法，采用如下的方法和工艺条件： 

一种多孔TiO₂准单分散微米空心球的制备方法，包括如下的步骤和工艺条件：

（1）将钛盐溶于酸的水溶液中形成钛盐溶液，溶液中酸与钛盐摩尔浓度比范围为3-25:1；

其中所述的钛盐选自Ti(SO₄)₂、TiOSO₄、TiCl₄或TiCl₃；所述的酸选自HNO₃、HCl或H₂SO₄ ；

（2）向步骤（1）的溶液中加入丙醇，所加入的丙醇与钛盐溶液的体积比为1:1-3:1，形成丙醇/水混合溶剂的溶液；

（3）将步骤（2）中丙醇/水混合溶剂的溶液导入反应釜中在温度120-200℃下恒温反应至少1h，得到沉淀物；

（4）将步骤（3）的沉淀物用乙醇和水洗涤，干燥后得到TiO₂粉末。

进一步地，当钛盐选自Ti(SO₄)₂或TiOSO₄，酸选自HNO₃时，溶液中酸与钛盐摩尔浓度比范围在5-25:1。

进一步地，当钛盐选自Ti(SO₄)₂或TiOSO₄，酸选自HCl时，溶液中酸与钛盐摩尔浓度比范围在5-15:1。

进一步地，当钛盐选自Ti(SO₄)₂或TiOSO₄，酸选自H₂SO₄时，溶液中酸与钛盐摩尔浓度比范围在3-10:1。