CN102070190A

CN102070190A - 一种有序结构二氧化钛及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN102070190A
Application number: CN 200910224671
Authority: CN
Inventors: 裴重华; 杨发禄; 马拥军; 周勇; 罗庆平; 曾敏
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明涉及有序材料技术领域，具体涉及一种高度有序的二氧化钛材料及其制备方法和用途。本发明采用鸡蛋清为模板，在一定温度和相对湿度的空气下，通过可控制水解的钛源的水解缩聚，得到的混合物在一定的焙烧条件下脱除模板即可获得有序的二氧化钛材料。该材料呈“梯子”状平行排列，“梯子”内部形成三维连通的网络结构，具有良好的光催化性能。与传统方法相比，本发明具有成本低廉，制备工艺简单，环境友好等优点，所得材料在光催化等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种有序结构二氧化钛及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及有序材料技术领域，具体涉及一种高度有序的二氧化钛。本发明还涉及一种制备所述有序结构二氧化钛的方法。本发明的又一方面，涉及所述有序结构二氧化钛在光催化领域的用途。

技术背景

目前有序二氧化钛的制备方法有溶胶-凝胶合成法和模板合成法等，其中所述模板合成法之模板包括硬模板如阳极氧化铝膜、径迹刻蚀聚合物模板、多孔硅、分子筛、胶态晶体、碳纳米管和限域沉积位的量子阱等，软模板如高分子模板、液相反应体系中的表面活性剂分子形成的胶束模板、单分子层模板、液晶模板、囊泡、LB膜等。目前使用的模板均为人工制备模板。人工制备模板常常存在成本昂贵，模板制备工艺复杂，去除模板工艺复杂等问题。

仿生合成技术是利用生物矿化的机理来指导新型材料合成的一种新方法。它是以生物大分子、生物有机质自组装体为模板，对无机物的成核及生长进行调制，从而可获得微观结构与有机模板相关的有机-无机复合物，再将有机模板用锻烧或萃取的方法去除，即可复制出与有机模板结构相似的多孔物质。

本发明人首次发现鸡蛋蛋清经过干燥后具有独特的有序类矩形结构，国内外还未有相关报道。本发明人发现了一种新型有序天然生物模板-鸡蛋清，并提供了一种有序结构二氧化钛及以鸡蛋清为模板制备有序结构二氧化钛的方法。由本发明所述的制备方法成本低廉，工艺简单，由该方法制备的新型有序二氧化钛规则有序，内部形成三维连通网络结构，可在光催化催化领域得到广泛的应用，由此可以极大地提高鸡蛋清的应用附加值。至今没有发现有关用鸡蛋清作为模板剂制备有序二氧化钛的报道。

发明概述

本发明的一个方面，公开了一种有序结构的二氧化钛，所述的有序结构二氧化钛的特征在于它们的结构呈“梯子”状平行排列，“梯子”内部形成三维连通的网络结构。

本发明的另一方面，涉及一种制备所述有序结构二氧化钛的方法。

本发明的又一方面，涉及所述有序结构二氧化钛在光催化领域的用途。

附图说明

图1是本发明中鸡蛋清经干燥后的有序结构的SEM图。

图2是本发明的制备工艺流程图。

图3是本发明制备的蛋清-二氧化钛复合物的SEM图。

图4是本发明制备的有序结构二氧化钛的SEM图。

图5是本发明制备的有序结构二氧化钛的XRD图谱。

图6是本发明制备的有序结构二氧化钛的Raman位移图谱。

发明详述

本发明的一个方面，提供了一种有序结构的二氧化钛材料，其特征在于所述的有序二氧化钛的结构呈“梯子”状平行排列，“梯子”内部形成三维连通的网络结构。

本发明的另一方面，提供了一种制备上述有序结构二氧化钛的方法，该方法以鸡蛋清为模板，制备具有高度有序的二氧化钛，操作简便快捷，其步骤包括：一定温度下，将干燥后的蛋清浸于可控制水解的钛源中，置于具有一定相对湿度的空气中一段时间。然后采用高温焙烧的方法除去鸡蛋清模板，于一定温度下焙烧一段时间，即可得到所述有序结构二氧化钛材料。

上述制备方法中，相关的条件可控制如下：

温度：5-40℃；

相对湿度：50％-100％；

时间：0.5-8h；

焙烧温度：400-800℃

焙烧时间：4-8h

本发明中，原料鸡蛋清为鸡蛋中获得，经干燥后具有高度有序的规则结构。本发明采用鸡蛋清为模板来合成高度有序的二氧化钛材料。

本发明中，采用的干燥方法为常规干燥，真空干燥，冷冻干燥，超临界干燥或之一种或几种方法的组合。

本发明中，采用可控制水解的钛物种作为钛源，可以是四氯化钛，钛酸四异丙酯，钛酸正丁酯，四异丙醇钛或之一种或几种的混合物。

本发明所制得的有序结构二氧化钛为锐钛矿相，呈“梯子”状平行排列，“梯子”内部形成三维连通的网络结构，具有良好的光催化性能。

本发明的又一方面，特别构建了所述有序结构二氧化钛用于光催化领域的用途。

具体实施方式

下面结合实施范例对本发明的内容作进一步的说明：

实施例1：5℃时，将干燥后的蛋清浸于钛酸正丁酯中，置于相对湿度为50％的空气中8h。得到蛋清-二氧化钛复合物(参见图3)，然后于550℃焙烧6小时去除蛋清模板，即得到有序二氧化钛材料。这种材料呈“梯子”状阵列结构，“梯子”内部形成三维连通的网络结构(参见图4)。其XRD和Raman位移图谱参见图5和图6。将0.2g的该有序二氧化钛样品加入到40ml初始浓度为0.002％的甲基橙溶液中，低速搅拌下置于40w紫外灯下辐照6h，对甲基橙溶液的降解率可达86.8％。

实施例2：10℃时，将干燥后的蛋清浸于钛酸四异丙酯中，置于相对湿度为100％的空气中0.5h。得到蛋清-二氧化钛复合物，然后于800℃焙烧4小时去除蛋清模板，即得到有序二氧化钛材料。这种材料呈“梯子”状阵列结构，“梯子”内部形成三维连通的网络结构。由XRD和Raman位移图谱证明得到的二氧化钛为锐钛矿晶相。将0.2g的该有序二氧化钛样品加入到40ml初始浓度为0.002％的甲基橙溶液中，低速搅拌下置于40w紫外灯下辐照6h，对甲基橙溶液的降解率可达83.6％。

实施例3：10℃时，将干燥后的蛋清浸于四异丙醇钛中，置于相对湿度为70％的空气中5h。得到蛋清-二氧化钛复合物，然后于550℃焙烧6小时去除蛋清模板，即得到有序二氧化钛材料。这种材料呈“梯子”状阵列结构，“梯子”内部形成三维连通的网络结构。由XRD和Raman位移图谱证明得到的二氧化钛为锐钛矿晶相。将0.2g的该有序二氧化钛样品加入到40ml初始浓度为0.002％的甲基橙溶液中，低速搅拌下置于40w紫外灯下辐照6h，对甲基橙溶液的降解率可达86.1％。

实施例4：20℃时，将干燥后的蛋清浸于四异丙醇钛中，置于相对湿度为60％的空气中2h。得到蛋清-二氧化钛复合物，然后于550℃焙烧6小时去除蛋清模板，即得到有序二氧化钛材料。这种材料呈“梯子”状阵列结构，“梯子”内部形成三维连通的网络结构。由XRD和Raman位移图谱证明得到的二氧化钛为锐钛矿晶相。将0.2g的该有序二氧化钛样品加入到40ml初始浓度为0.002％的甲基橙溶液中，低速搅拌下置于40w紫外灯下辐照6h，对甲基橙溶液的降解率可达85.4％。

实施例5：40℃时，将干燥后的蛋清浸于钛酸正丁酯中，置于相对湿度为80％的空气中2h。得到蛋清-二氧化钛复合物，然后于500℃焙烧6小时去除蛋清模板，即得到有序二氧化钛材料。这种材料呈“梯子”状阵列结构，“梯子”内部形成三维连通的网络结构。得到的二氧化钛为锐钛矿晶相，由XRD和Raman位移图谱证明得到的二氧化钛为锐钛矿晶相。将0.2g的该有序二氧化钛样品加入到40ml初始浓度为0.002％的甲基橙溶液中，低速搅拌下置于40w紫外灯下辐照6h，对甲基橙溶液的降解率可达85.8％。

Claims

1.一种有序结构二氧化钛材料，其特征在于：锐钛矿相，呈“梯子”状平行排列，“梯子”内部形成三维连通的网络结构，形貌上完全复制了鸡蛋清独特的有序结构，具有良好的光催化性能。

2.一种如权利1所述的有序结构二氧化钛材料的制备方法，具体步骤如下：一定温度下，将干燥后的蛋清浸于可控制水解的钛源中，置于具有一定相对湿度的空气中一段时间。然后采用高温焙烧的方法除去鸡蛋清模板，于一定温度下焙烧，即可得到所述有序结构二氧化钛材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于具体制备条件如下：

温度：5-40℃；

相对湿度：50％-100％；

时间：0.5-8h；

焙烧温度：400-800℃

焙烧时间：4-8h

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所用的可控制水解的钛源是四氯化钛，钛酸四异丙酯，钛酸正丁酯，四异丙醇钛或之一种或几种的混合物。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于采用的干燥方法为常规干燥，真空干燥，冷冻干燥，超临界干燥之一种或几种方法的组合。

6.权利要求1所述有序结构二氧化钛材料在光催化领域的用途。