一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方 法，尤其是一種采用非傳統(tǒng)模板，制備具有納微米球形貌的二氧化鈦/碳粉體的方法，以及 用該方法制備二氧化鈦/碳粉體在光催化方面的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鈦具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、以及催化學(xué)等方面的性能，廣泛應(yīng)用于多種功 能材料中。二氧化鈦/碳納微米球粉體相比于傳統(tǒng)的納米、微米二氧化鈦具有更高的振實(shí) 密度和比表面積，以及更加獨(dú)特、優(yōu)異的物理學(xué)性能。
[0003] 目前見于報(bào)道的制備二氧化鈦/碳納微米球粉體的方法主要是通過硬模板或軟 模板法，制備的復(fù)合微球多為空心微球。專利號為CN102389788A的中國專利公布了一種多 孔二氧化鈦-碳復(fù)合納米空心微球的制備方法。該專利通過有機(jī)碳源和模板劑，使有機(jī)鈦 源在溶劑熱的過程中合成二氧化鈦_碳復(fù)合納米空心微球。然而該方法依賴于對實(shí)驗(yàn)條件 精細(xì)調(diào)控，所制得的空心微球，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種二氧化鈦/碳納微米球 粉體的制備方法。
[0005] 本發(fā)明方法是通過將熱塑性樹脂溶解于有機(jī)溶劑中，加入鹽酸，使得高分子樹脂 在溶液中相分離形成納米微球，在溶劑熱過程中，納米微球結(jié)合二氧化鈦前驅(qū)體，形成二氧 化鈦/樹脂微球，反應(yīng)結(jié)束后離心、洗滌、干燥、煅燒、高分子樹脂原位生成碳，得到二氧化 鈦/碳納微米球粉體。
[0006]本發(fā)明方法的具體步驟是： 步驟（1).將熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑在常溫下攪拌1?3小時(shí)，使熱塑性樹脂溶解，得 到反應(yīng)溶液；反應(yīng)溶液中熱塑性樹脂的質(zhì)量含量為2?30 % ; 所述的熱塑性樹脂為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的一種或兩種； 所述的有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃、 1，4-二氧六環(huán)的一種或多種； 步驟（2).將二氧化鈦前驅(qū)體和濃鹽酸加入到上述反應(yīng)溶液中，攪拌3?30分鐘，得到 含有二氧化鈦前驅(qū)體的溶液；每10克含有二氧化鈦前驅(qū)體的溶液中含有0. 2?4克二氧化 鈦、0? 05?2g濃鹽酸； 所述的濃鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37 %，濃度為12mol/L; 所述的二氧化鈦前驅(qū)體為鈦酸四異丙酯、鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯中的一種或者多 種； 步驟（3).將上述含有二氧化鈦前驅(qū)體的溶液，在70?170°C下溶劑熱1?24小時(shí)， 得到反應(yīng)產(chǎn)物； 步驟（4).將上述反應(yīng)產(chǎn)物離心，洗滌，得到沉淀物； 步驟（5).將上述洗滌后的沉淀物在真空烘箱中50?100°C下干燥12?24小時(shí)，得 到固體粉末； 步驟（6).將上述固體粉末在400?800°C、氬氣氣氛下煅燒2?7小時(shí)，得到二氧化 欽/碳粉體； 步驟（7).將上述得到的二氧化鈦/碳粉體在馬弗爐中，空氣氣氛下200?400°C煅燒 0. 5?4小時(shí)，得到不同碳含量的二氧化鈦/碳納微米球粉體。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是上述方法制備得到的二氧化鈦/碳納微米球粉體在光催 化方面的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明方法采用聚苯乙烯等熱塑性樹脂作為一種非傳統(tǒng)模板來制備具有微納米 球形貌的二氧化鈦/碳粉體，制備的微納米球尺寸分布均勻，微球輕微團(tuán)聚，顆粒之間空隙 尺寸均勻。該發(fā)明方法不使用傳統(tǒng)模板，原位生成碳，摻雜二氧化鈦，制備工藝簡單，條件易 控，無需特殊設(shè)備，適合規(guī)?；a(chǎn)，在光催化方面性能顯著。
【附圖說明】
[0009]圖1為實(shí)施例1中制備的二氧化鈦/碳微納米球粉體掃描電鏡圖；其中a為低倍 率拍攝，b為高倍率拍攝。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的分析。
[0011] 下面實(shí)施例中所用的濃鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37 %，濃度為12mol/L。
[0012] 實(shí)施例1 步驟（1).將0. 2g聚苯乙烯和9. 8gN，N-二甲基甲酰胺在常溫下攪拌1小時(shí)，使熱塑性 樹脂溶解，得到l〇g反應(yīng)溶液； 步驟（2).將0. 2g鈦酸四異丙酯和0. 05g濃鹽酸加入到上述9. 75g反應(yīng)溶液中，攪拌 3分鐘，得到含有二氧化鈦前驅(qū)體的溶液； 步驟（3).將上述含有二氧化鈦前驅(qū)體的溶液，在70°C下溶劑熱24小時(shí)，得到反應(yīng)產(chǎn) 物； 步驟（4).將上述反應(yīng)產(chǎn)物離心，洗滌，得到沉淀物； 步驟（5).將上述洗滌后的沉淀物在真空烘箱中50°C下干燥24小時(shí)，得到固體粉末； 步驟（6).將上述固體粉末在400°C、氬氣氣氛下煅燒7小時(shí)，得到二氧化鈦/碳粉體； 步驟（7).將上述得到的二氧化鈦/碳粉體在馬弗爐中，空氣氣氛下200°C煅燒4小時(shí)， 得到碳含物量為百分之一的二氧化鈦/碳納微米球粉體。
[0013]圖1為實(shí)施例1中制備的二氧化鈦/碳微納米球粉體掃描電鏡圖；其中a為低倍 率拍攝，b為高倍率拍攝。
[0014]實(shí)施例1中制備的二氧化鈦/碳微納米球粉體用以光催化產(chǎn)氫，數(shù)據(jù)見表1。[0015]表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法，其特征在于該方法是通過將熱塑性樹 脂溶解于有機(jī)溶劑中，然后加入鹽酸，使得高分子樹脂在溶液中相分離形成納米微球；在溶 劑熱過程中，納米微球結(jié)合二氧化鈦前驅(qū)體，形成二氧化鈦/樹脂微球；反應(yīng)結(jié)束后離心、 洗滌、干燥、煅燒、高分子樹脂原位生成碳，得到二氧化鈦/碳納微米球粉體。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法，其特征在于該方 法具體包括以下步驟： 步驟（1).將熱塑性樹脂和有機(jī)溶劑在常溫下攪拌1?3小時(shí)，使熱塑性樹脂溶解，得 到反應(yīng)溶液；反應(yīng)溶液中熱塑性樹脂的質(zhì)量含量為2?30 % ; 步驟（2).將二氧化鈦前驅(qū)體和濃鹽酸加入到上述反應(yīng)溶液中，攪拌3?30分鐘，得到 含有二氧化鈦前驅(qū)體的溶液；每10克含有二氧化鈦前驅(qū)體的溶液中含有0. 2?4克二氧化 鈦、0· 05?2g濃鹽酸； 所述的濃鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37 %，濃度為12 mol/L ; 步驟（3).將上述含有二氧化鈦前驅(qū)體的溶液，在70?170°C下溶劑熱1?24小時(shí)， 得到反應(yīng)產(chǎn)物； 步驟（4).將上述反應(yīng)產(chǎn)物離心，洗滌，得到沉淀物； 步驟（5).將上述洗滌后的沉淀物在真空烘箱中50?KKTC下干燥12?24小時(shí)，得 到固體粉末； 步驟（6).將上述固體粉末在400?800°C、氬氣氣氛下煅燒2?7小時(shí)，得到二氧化 欽/碳粉體； 步驟（7).將上述得到的二氧化鈦/碳粉體在馬弗爐中，空氣氣氛下200?400°C煅燒 0. 5?4小時(shí)，得到不同碳含量的二氧化鈦/碳納微米球粉體。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法，其特征在于 所述的熱塑性樹脂為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的一種或兩種。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法，其特征在于 所述的有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃、1，4-二 氧六環(huán)的一種或多種。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法，其特征在于 所述的二氧化鈦前驅(qū)體為鈦酸四異丙酯、鈦酸四丁酯、鈦酸四乙酯中的一種或者多種。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法制備得到的二氧化鈦/碳納微米球粉體在光催化方面的應(yīng) 用。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種二氧化鈦/碳納微米球粉體的制備方法及其應(yīng)用。該方法是通過將熱塑性樹脂溶解于有機(jī)溶劑中，加入鹽酸，使得高分子樹脂在溶液中相分離形成納米微球，在溶劑熱過程中，納米微球結(jié)合二氧化鈦前驅(qū)體，形成二氧化鈦/樹脂微球，反應(yīng)結(jié)束后離心、洗滌、干燥、煅燒、高分子樹脂原位生成碳，得到二氧化鈦/碳納微米球粉體。上述方法制備得到的二氧化鈦/碳納微米球粉體在光催化方面的應(yīng)用。本發(fā)明方法采用非傳統(tǒng)模板來制備具有微納米球形貌的二氧化鈦/碳粉體，制備的微納米球尺寸分布均勻，微球輕微團(tuán)聚，顆粒之間空隙尺寸均勻。
【IPC分類】B01J21-18, C01G23-047, C01B31-02
【公開號】CN104549204
【申請?zhí)枴緾N201410816704
【發(fā)明人】程亞軍, 程婷, 朱錦
【申請人】中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月23日