[发明专利]一种TiOx三维有序大孔材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有三维有序大孔结构的材料制备技术领域。更具体地，涉及一种TiO_x(x≤2)三维有序大孔材料的制备方法。

背景技术

三维有序大孔(Three-dimensional ordered macropores,3DOM)材料作为一类新型大孔材料，比表面积高，它具有以下独特优势：(1)孔径大，有利于大分子的催化转化，孔壁表面容易负载催化剂或进行功能化修饰；(2)孔道排列整齐有序能降低物质扩散阻力；(3)孔结构热稳定性强；三维有序大孔结构对外易开放，加热过程中孔不会因收缩不一致而导致闭合；(4)易于构建具有特定组成的孔壁；其组成可以是金属、金属氧化物、多组分晶体或固溶体、无机–有机杂化物、高聚物、硫属化合物等；(5)是优化的光子晶体；材料大孔的周期性空间点阵结构折射系数比高，能够产生较佳的光子带隙。因此，三维有序大孔材料是具有特定组成又具有周期有序大孔结构两种特性的新型功能材料，可应用于催化、吸附、光子晶体等技术领域。

现有技术中，具有三维有序大孔结构的TiO₂材料的制备方法很多，主要包括两类：液相法和气相法。液相法主要有包括溶胶-凝胶法、金属盐热解法、液相沉积法、电化学法和电泳法等；气相法包括化学气相沉积法、电子层沉积法和超临界流体填充法。二氧化钛溶胶容易制备，因此溶胶-凝胶填充法对对制备具有三维有序大孔结构的二氧化钛材料均可行。胶体晶体模板一般选用二氧化硅(SiO₂)、聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体晶体。然而，目前所有工艺得到的最终产物均为具有三维有序大孔结构的纯相二氧化钛。

因此，需要提供一种具有三维有序大孔结构的TiO_x(x≤2)的制备方法，得到含有非化学计量比组分的多相钛氧化物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TiO_x三维有序大孔材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种TiO_x三维有序大孔材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备单分散小球胶体晶体模板；

S2：依次将乙酸和钛酸四丁酯滴入无水乙醇中，在室温下搅拌，得到呈淡黄色的TiO₂溶胶；

S3：将单分散小球胶体晶体模板平铺于容器中；

S4：将TiO₂溶胶滴入容器中直到TiO₂溶胶液面没过单分散小球胶体晶体模板上表面，使单分散小球胶体晶体模板能完全浸泡在TiO₂溶胶中；单分散小球胶体晶体模板在TiO₂溶胶中浸泡后减压抽滤，滤掉未填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO₂溶胶，且使得已经填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO₂溶胶沿着抽滤方向的填充度增大；

S5：将填充TiO₂溶胶后的单分散小球胶体晶体模板烘干，使得填充到单分散小球胶体晶体模板孔隙中的TiO₂溶胶受热产生乙醇蒸汽、乙酸蒸汽和水蒸气，从而使得单分散小球胶体晶体模板孔隙中只填充有TiO₂；然后将烘干后的孔隙中填充有TiO₂的单分散小球胶体晶体模板进行煅烧，使得TiO₂晶化，同时单分散小球胶体晶体模板受热分解，单分散小球胶体晶体模板在热解过程中燃烧不充分产生CO，然后CO将TiO₂部分还原，得到具有三维有序大孔结构的TiO_x，其中x≤2；该步骤得到的具有三维有序大孔结构的TiO_x含有非化学计量组分Ti_nO_2n-1，n为正整数，且1≤n≤10。

优选地，重复所述步骤S4多次，以进一步提高TiO₂溶胶在单分散小球胶体晶体模板孔隙中的填充度。

优选地，所述步骤S1进一步包括如下子步骤：

S1.1：将乳白色的单分散球形颗粒均匀分散到水中，得到单分散小球分散液；

S1.2：采用离心法、自然沉降法或干燥法使所述单分散小球分散液中的单分散球形颗粒有序排列，实现单分散球形颗粒的有序组装，得到单分散小球胶体晶体模板；

S1.3：将单分散小球胶体晶体模板上层的水移出，然后将单分散小球胶体晶体模板烘干。