本發明專利技術屬于納米材料技術領域，本發明專利技術提供了一種中空結構TiO2納米材料的制備方法及其在光催化領域的應用。本發明專利技術以醇溶液為反應介質及結構導向劑，利用酚和醛的聚合反應，氨水引發，先合成酚醛樹脂聚合物球（RF），然后使鈦前驅體在聚合物球表面水解，形成RF@TiO2核殼結構。隨后焙燒處理，除去有機物核從而制得中空結構TiO2納米材料。采用本發明專利技術的方法得到的納米TiO2具有中空結構，顆粒直徑小至20~70?nm，結晶度高、產品純度高，孔體積達0.1~0.4?cm3/g，比表面積為50~200?m2/g，因此具有高光催化活性，且制備方法操作簡單，反應條件溫和，模板容易除去無需使用強酸強堿，對環境友好，能耗少，易于推廣使用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于納米材料
，具體涉及一種中空結構Ti02納米材料的制備方法及其在光催化領域的應用。
技術介紹
二氧化鈦(Ti02)是一種白色疏松粉末，其儲量豐富，價格便宜，無毒，熱穩定性好，化學穩定性亦佳，具有高折光率和紫外吸收能力，以及優異的光催化與光電性能。自20世紀20年代，Ti02作為白色顏料被商品化以后，其就逐漸活躍起來，成為許多產品中的一種特別好的組分，被應用顏料、食品上色劑、個人護膚品、紫外線屏蔽劑等各大領域。目前，這些應用在全球打02消耗量中仍占據絕大部分，但它在納米領域的應用還是主要集中于其半導體電子性能。1972年，Fujishima和Honda發現了在紫外光燈照射下，Ti02電極上會發生光催化裂解水的現象。自那以后，人們對Ti02材料的研究就付諸了巨大的努力，將其應用拓展到了光電元件、太陽能電池、光催化劑、蓄電池、自清潔和防霧表面等新興領域，對生物醫學、環境、能源、建筑、食品、紡織等方面產生了深遠的影響。雖然納米1102在抗菌和光催化處理難降解有機污染物方面已經得到了廣泛的應用，但是其也存在一定的缺陷:一是Ti02的禁帶較寬(Eg=3.2 ev)，只能響應387.5 nm以下的紫外光(約占太陽能8%)，而太陽光譜中占絕大多數的可見光則未能被有效利用，加之為了追求納米級的高催化活性，會出現顯著的量子尺寸效應，光吸收帶邊進一步藍移，導致可見光利用效率極低；二是納米Ti02的光生電子-空穴易復合，導致光量子效率很低，影響了其光催化活性。研究發現，對于納米1102球，如果內部能形成中空結構，則可利用其內部的空腔的散射延長光程，從而增加光的吸收。與此同時，中空納米1102還有著其它更為優異的特點，例如相對大的活性比表面積，對于反應底物的吸附作用，同時有效地縮短了載流子的擴散路徑，可調的結晶度等，非常有利于光催化效率的提高。本專利技術利用溶膠-凝膠法和模板法，一步法合成了這樣的中空結構打02納米材料，且空心球尺寸均勻可控。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種中空結構1102納米材料的制備方法及其在光催化等相關領域的應用。為實現本專利技術的目的，本專利技術采用以下技術方案: 本專利技術一種中空結構Ti02納米材料的制備方法，其特征在于具有以下的過程和步驟: a.準備原料:酚、醛、堿性催化劑或、鈦前驅體、醇溶液； b.將酚加至醇溶液，磁力攪拌溶解后加入醛溶液，再滴加入堿性催化劑，反應2~5h ;其中酚與醛種類可調，只要兩者的官能度總和不小于5即可，兩者的摩爾比為(1.1-1.5);堿性催化劑或引發劑的濃度為0.15-0.4 mol/L ;可優選的堿性催化劑或引發劑為氨水或NaOH ； C.稱取一定量的鈦前驅體，磁力攪拌下溶于醇溶液，反應2~5 h;其中鈦前驅體為TiF4，或 TBOT，或 TIP ;其濃度為 0.04-0.1 mol/L ； d.將步驟c中的溶液與步驟b的溶液混合，攪拌過夜得到渾濁液； e.將步驟d中的渾濁液離心固液分離，并用水和乙醇重復洗滌，獲得沉淀物； f.將步驟e中獲得的沉淀物先于60~80°C下干燥4~8 h，然后研磨成細致的粉末，置于馬弗爐350~500 °C中焙燒2~5 h，最終得到中空結構Ti02納米材料。 本專利技術一種中空結構打02納米材料的用途，可應用于光催化相關領域。本專利技術中空結構Ti02納米材料為具有空腔的球形，顆粒直徑在20~70 nm范圍，孔體積在0.1-0.4 cm3/g之間可調，比表面積在50~200 m2/g之間可調。與已有技術方案相比，本專利技術具有以下有益效果: 采用本專利技術的方法得到的納米Ti02具有中空結構，顆粒小、結晶度好、產品純度高，且具有高光催化活性，制備方法操作簡單，反應條件溫和，模板容易除去且無需使用強酸強堿，對環境友好，能耗少，易于推廣使用。【附圖說明】圖1為本專利技術制備中空結構Ti02納米材料的流程圖。圖2為本專利技術制得的中空結構1102納米材料的透射電鏡表征圖。圖3為本專利技術制得的中空結構Ti02納米材料的氮氣吸附-脫附曲線圖。圖4為本專利技術制得的中空結構納米1102光催化劑(A)與純染料(B)在紫外可見光下降解染料羅丹明B的實驗曲線對比圖。【具體實施方式】為更好的說明本專利技術，便于理解本專利技術的技術方案，本專利技術的典型但非限制性的實施例如下: 實施例1 (1)準備原料:間苯二酚、甲醛、氨水、TiF4、乙醇； (2)將0.6 g間苯二酚加至30體積乙醇溶液，磁力攪拌，溶解后加入600 μ L甲醛溶液，再滴加510 yL氨水為引發劑，反應4 h ; (3)稱取0.3g TiF4，磁力攪拌下溶于30體積乙醇溶液，反應4 h; (4)將步驟3中的溶液與步驟2的溶液混合，攪拌過夜得到橙黃色乳濁液； (5)將步驟4中的橙黃色乳濁液離心固液分離，并用水和乙醇重復洗滌，獲得沉淀物； (6)將步驟5中獲得的沉淀物放入干燥箱中，加熱至65°(:干燥至干，然后研磨成細致的粉末，在500 °C下焙燒4 h，最終得到中空結構Ti02納米材料。實施例2 (1)準備原料:苯酚、甲醛、氨水、TiF4、乙醇; (2)將0.5 g苯酚加至30體積乙醇溶液，磁力攪拌，溶解后加入570 μ L甲醛溶液，再滴加430 μ L氨水為引發劑，反應3 h ; (3)稱取0.3g TiF4，磁力攪拌下溶于30體積乙醇溶液，反應3 h; (4)將步驟3中的溶液與步驟2的溶液混合，攪拌過夜得到橙黃色乳濁液； (5)將步驟4中的橙黃色乳濁液離心固液分離，并用水和乙醇重復洗滌，獲得沉淀物； (6)將步驟5中獲得的沉淀物放入干燥箱中，加熱至65°(:干燥至干，然后研磨成細致的粉末，在450 °C下焙燒4 h，最終得到中空結構Ti02納米材料。實施例3 (1)準備原料:間苯二酚、甲醛、NaOH溶液、TiF4、乙醇； (2)將0.6 g間苯二酚加至30體積乙醇溶液，磁力攪拌，溶解后加入600 μ L甲醛溶液，再滴加4.5 mL NaOH為引發劑，反應3 h ； (3)稱取0.3g TiF4，磁力攪拌下溶于30體積乙醇溶液，反應3 h; (4)將步驟3中的溶液與步驟2的溶液混合，攪拌過夜得到深褐色乳濁液； (5)將步驟4中的深褐色乳濁液離心固液分離，并用水和乙醇重復洗滌，獲得沉淀物； (6)將步驟5中獲得的沉淀物放入干燥箱中，加熱至65°(:干燥至干，然后研磨成細致的粉末，在450 °C下焙燒4 h，最終得到中空結構Ti02納米材料。實施例4 (1)準備原料:苯酚、甲醛、NaOH溶液、鈦酸四丁酯(ΤΒ0Τ)、乙醇； (2)將0.5 g苯酚加至30體積乙醇溶液，磁力攪拌，溶解后加入570 μ L甲醛溶液，再滴加4.5 mL NaOH為引發劑，反應4 h ； (3)稱取0.8 g ΤΒ0Τ,磁力攪拌下溶于30體積乙醇溶液，反應4 h ; (4)將步驟3中的溶液與步驟2的溶液混合，攪拌過夜得到深褐色乳濁液； (5)將步驟4中的橙黃色乳濁液離心固液分離，并用水和乙醇重復洗滌，獲得沉淀物； (6)將步驟5中獲得的沉淀物放入干燥箱中，加熱至65°(:干燥至干，然后研磨成細致的粉末，在450 °C下焙燒4 h，最終得到中空結構Ti02納米材料。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種中空結構TiO2納米材料的制備方法，其特征在于具有以下的過程和步驟：???a.?準備原料：酚、醛、堿性催化劑或引發劑、鈦前驅體、醇溶液；???b.?將酚加至醇溶液，磁力攪拌溶解后加入醛溶液，再滴加入堿性催化劑，反應2~5?h；其中酚與醛種類可調，只要兩者的官能度總和不小于5即可，兩者的摩爾比為（1.1~1.5）；堿性催化劑或引發劑的濃度為0.15~0.4?mol/L；可優選的堿性催化劑或引發劑為氨水或NaOH；???c.?稱取一定量的鈦前驅體，磁力攪拌下溶于醇溶液，反應2~5?h；其中鈦前驅體為TiF4，或TBOT，或TIP；其濃度為0.04~0.1?mol/L；???d.?將步驟c中的溶液與步驟b的溶液混合，攪拌過夜得到渾濁液；???e.?將步驟d中的渾濁液離心固液分離，并用水和乙醇重復洗滌，獲得沉淀物；???f.?將步驟e中獲得的沉淀物先于60~80?℃下干燥4~8?h，然后研磨成細致的粉末，置于馬弗爐350~500?℃中焙燒2~5?h，最終得到中空結構TiO2納米材料。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴曉霞，祝妍，李昱，羅立強，丁亞萍，李麗，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：上海;31
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