介孔納米二氧化鈦的制備研究

李 壯 何開棘 覃小容 趙文東 駱榮吉 王開明 葉震寰/遼寧科技大學(xué)

介孔納米二氧化鈦的制備研究

李 壯 何開棘 覃小容 趙文東 駱榮吉 王開明 葉震寰/遼寧科技大學(xué)

本實(shí)驗(yàn)采用“特殊液相沉淀法”，以四氯化鈦、氨水為試劑，以吐溫80和十二烷基苯磺酸鈉為模板劑，制備了介孔納米TiO2，并通過(guò)TEM等手段對(duì)其進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)中研究了模板劑種類、模板劑加入比例等因素對(duì)樣品介孔結(jié)構(gòu)的影響。在本實(shí)驗(yàn)條件下，制備的粉體均為介孔TiO2。在模板劑與粉體按著1:2比例混合時(shí)得到的材料的孔徑最為均勻，大小一致，排列有序。

特殊液相沉淀法；二氧化鈦；模板劑；介孔材料

納米TiO2是一種優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，具有價(jià)廉無(wú)毒、穩(wěn)定性好、耐磨損性好、無(wú)二次污染、適用范圍廣、可重復(fù)回收利用、氧化能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但在現(xiàn)實(shí)生活中有很多局限性難以解決。直到1992年Mobile等研究人員成功合成出介孔材料之后，納米二氧化鈦被賦予了一種更加權(quán)威的面紗——介孔納米二氧化鈦。介孔材料因具有長(zhǎng)程有序的孔道結(jié)構(gòu)、一定范圍孔徑大小且連續(xù)可調(diào)、具有大比表面積和孔隙率以及表面易于改性等優(yōu)良性質(zhì)不僅解決了單純二氧化鈦的不足，超越了納米二氧化鈦，更加廣泛的應(yīng)用在催化、光催化、太陽(yáng)能電池、傳感器、和光電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，并在分離及光吸附、電、磁等領(lǐng)域表現(xiàn)出了很好的應(yīng)用前景。

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

儀器：PHICTPS--EM420型透射電鏡。上海申生科技有限公司W(wǎng)201-S恒溫浴鍋；沈陽(yáng)市工業(yè)電爐廠制造KSY--12型電爐。

藥品：四氯化鈦，分析純，廣東汕頭西隴化工廠。氨水，優(yōu)級(jí)純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)27％，北京化工廠。無(wú)水乙醇，優(yōu)級(jí)純，含量99.8％ 北京化工廠。吐溫80，分析純，北京化工廠。十二烷基苯磺酸鈉，分析純，北京化工廠。正戊醇，分析純，北京化工廠。去離子水，自制。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 納米二氧化鈦粉體的制備

按計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確量取一定體積的四氯化鈦溶液,倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL和適量的去離子水定容后放置電磁攪拌器上攪拌10min，制得A液待用；然后在室溫下準(zhǔn)確量取一定量氨水，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL去離子水定容后放置電磁攪拌器上攪拌10min，制得B液待用；打開自制反應(yīng)器，同時(shí)快速將A液、B液倒入其中，通過(guò)調(diào)節(jié)二者流量，一直保持反應(yīng)液PH=9；靜置反應(yīng)生成的沉淀10min，然后倒入布氏漏斗中，用去離子水過(guò)濾至上層清液中無(wú)氯離子為止；將沉淀移至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中，進(jìn)行共沸蒸餾直至成粉末；最后放入馬弗爐中在600℃的溫度下焙燒30min，得到納米TiO2。

1.2.2 介孔納米二氧化鈦的制備

將納米 粉體與模板劑吐溫80按照質(zhì)量比1:1、2:1、3:1、1:3、1:2的比例，通過(guò)電子天平量取10g TiO2粉體和所需吐溫80質(zhì)量。納米 粉體研磨后與吐溫80混合攪拌，過(guò)濾干燥后，放入馬弗爐中在600℃的溫度下焙燒30min，得到介孔納米TiO2。接下來(lái)，將模板劑吐溫80更換為十二烷基苯磺酸鈉，將納米粉體TiO2粉體與十二烷基苯磺酸鈉同樣按照質(zhì)量比1:1、2:1、3:1、1:3、1:2的比例，通過(guò)電子天平量取10g粉體，通過(guò)比例計(jì)算并量取十二烷基苯磺酸鈉，與納米TiO2粉體研磨后混合攪拌，過(guò)濾干燥，放入馬弗爐中在600℃的溫度下焙燒30min，得到介孔納米TiO2。

2.結(jié)果與分析

2.1 納米TiO2的TEM圖

圖1為納米TiO2粉體的TEM圖，可以看出TiO2粉體粒子粒徑分布范圍都較窄且大小均勻，平均粒徑為20-30nm左右，并且具有很好的分散性，雖然顆粒之間有團(tuán)聚但是有明顯的界限，為軟團(tuán)聚。

2.2 介孔TiO2的TEM圖

圖2 介孔 TiO2的TEM圖

圖2為介孔納米TiO2粉體的TEM圖，可以看出粉體粒徑分布范圍較窄且孔道大小均勻，排列有序，并且具有很好的分散性，說(shuō)明在該實(shí)驗(yàn)使用?°特殊液相沉淀法?±可以制備介孔納米材料。在本實(shí)驗(yàn)下，模板劑與二氧化鈦以1：2的比例混合下制得的介孔TiO2，其效果最佳。

3.結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)首先通過(guò)“特殊液相沉淀法”制得納米二氧化鈦粉體，具有較好的分散性且粒徑分布均勻；把吐溫80和十二烷基苯磺酸鈉為模板劑，制備出了介孔納米TiO2，也具有很好的分散性，并且在模板劑與TiO2的比例為1：2時(shí)，效果最好，孔徑最為均勻，大小一致，排列有序。

[1]王開明,溫傳庚,周英彥,等.納米氧化鋁粉體的特殊液相沉淀法制備[J],金屬功能材料,2005,12 (1):13--15.

[2]葉云,李巧玲.介孔二氧化鈦的制備與研究[J].分析儀器,2012,(6):68-76.

[3]張小博,劉海萍.自組裝復(fù)合模板法制備Fe3+摻TiO2光催化材料[J].應(yīng)用化工,2012,41(11):1951-1953.

[4]衛(wèi)賢賢,張曄,趙亮富等.有機(jī)模板劑對(duì)合成納米TiO2結(jié)構(gòu)影響規(guī)律的研究[J].材料導(dǎo)報(bào),2012,26(8):50-55.

[5]Fengxian Xie,Sheng-Jye Cherng,Shunmian Lu etal. Functions of Self-Assembled Ultra fine TiO2 Nanocrystals for High Efficient Dye-Sensitized Solar Cells[J].ACS appliedmat erials & interfaces,2014,6(8):5367-5373.

注：基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50272002、50372001）；國(guó)家科技部863計(jì)劃項(xiàng)目（2003AA302130）；鞍山市科委資助項(xiàng)目，鞍山市科技計(jì)劃項(xiàng)目20140281。