專利名稱：一種有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有序材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高度有序的二氧化鈦。本發(fā)明還涉 及一種制備所述有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法。本發(fā)明的又一方面，涉及所述有序結(jié)構(gòu)二氧化 鈦在光催化領(lǐng)域的用途。
背景技術(shù)：
目前有序二氧化鈦的制備方法有溶膠-凝膠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陽極氧化鋁膜、徑跡刻蝕聚合物模板、多孔硅、分子篩、膠態(tài) 晶體、碳納米管和限域沉積位的量子阱等，軟模板如高分子模板、液相反應(yīng)體系中的表面活 性劑分子形成的膠束模板、單分子層模板、液晶模板、囊泡、LB膜等。目前使用的模板均為 人工制備模板。人工制備模板常常存在成本昂貴，模板制備工藝復(fù)雜，去除模板工藝復(fù)雜等 問題。仿生合成技術(shù)是利用生物礦化的機(jī)理來指導(dǎo)新型材料合成的一種新方法。它是以 生物大分子、生物有機(jī)質(zhì)自組裝體為模板，對(duì)無機(jī)物的成核及生長進(jìn)行調(diào)制，從而可獲得微 觀結(jié)構(gòu)與有機(jī)模板相關(guān)的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物，再將有機(jī)模板用鍛燒或萃取的方法去除，即 可復(fù)制出與有機(jī)模板結(jié)構(gòu)相似的多孔物質(zhì)。本發(fā)明人首次發(fā)現(xiàn)雞蛋蛋清經(jīng)過干燥后具有獨(dú)特的有序類矩形結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外還未 有相關(guān)報(bào)道。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了一種新型有序天然生物模板-雞蛋清，并提供了一種有序結(jié) 構(gòu)二氧化鈦及以雞蛋清為模板制備有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法。由本發(fā)明所述的制備方法成 本低廉，工藝簡單，由該方法制備的新型有序二氧化鈦規(guī)則有序，內(nèi)部形成三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，可在光催化催化領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，由此可以極大地提高雞蛋清的應(yīng)用附加值。至今 沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)用雞蛋清作為模板劑制備有序二氧化鈦的報(bào)道。發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了一種有序結(jié)構(gòu)的二氧化鈦，所述的有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦 的特征在于它們的結(jié)構(gòu)呈“梯子”狀平行排列，“梯子”內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一方面，涉及一種制備所述有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法。本發(fā)明的又一方面，涉及所述有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦在光催化領(lǐng)域的用途。


圖1是本發(fā)明中雞蛋清經(jīng)干燥后的有序結(jié)構(gòu)的SEM圖。圖2是本發(fā)明的制備工藝流程圖。圖3是本發(fā)明制備的蛋清-二氧化鈦復(fù)合物的SEM圖。圖4是本發(fā)明制備的有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦的SEM圖。圖5是本發(fā)明制備的有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦的XRD圖譜。圖6是本發(fā)明制備的有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦的Raman位移圖譜。發(fā)明詳述
本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種有序結(jié)構(gòu)的二氧化鈦材料，其特征在于所述的有 序二氧化鈦的結(jié)構(gòu)呈“梯子”狀平行排列，“梯子”內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一方面，提供了一種制備上述有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦的方法，該方法以雞 蛋清為模板，制備具有高度有序的二氧化鈦，操作簡便快捷，其步驟包括一定溫度下，將干 燥后的蛋清浸于可控制水解的鈦源中，置于具有一定相對(duì)濕度的空氣中一段時(shí)間。然后采 用高溫焙燒的方法除去雞蛋清模板，于一定溫度下焙燒一段時(shí)間，即可得到所述有序結(jié)構(gòu) 二氧化鈦材料。上述制備方法中，相關(guān)的條件可控制如下溫度5-40°C;相對(duì)濕度50%-100% ；時(shí)間0.5_8h;焙燒溫度400-800°C焙燒時(shí)間4_8h本發(fā)明中，原料雞蛋清為雞蛋中獲得，經(jīng)干燥后具有高度有序的規(guī)則結(jié)構(gòu)。本發(fā)明 采用雞蛋清為模板來合成高度有序的二氧化鈦材料。本發(fā)明中，采用的干燥方法為常規(guī)干燥，真空干燥，冷凍干燥，超臨界干燥或之一 種或幾種方法的組合。本發(fā)明中，采用可控制水解的鈦物種作為鈦源，可以是四氯化鈦，鈦酸四異丙酯， 鈦酸正丁酯，四異丙醇鈦或之一種或幾種的混合物。本發(fā)明所制得的有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦為銳鈦礦相，呈“梯子”狀平行排列，“梯子”內(nèi) 部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的光催化性能。本發(fā)明的又一方面，特別構(gòu)建了所述有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦用于光催化領(lǐng)域的用途。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施范例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的說明實(shí)施例1 :5°C時(shí)，將干燥后的蛋清浸于鈦酸正丁酯中，置于相對(duì)濕度為50%的空 氣中他。得到蛋清-二氧化鈦復(fù)合物(參見圖3)，然后于550°C焙燒6小時(shí)去除蛋清模板， 即得到有序二氧化鈦材料。這種材料呈“梯子”狀陣列結(jié)構(gòu)，“梯子”內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)(參見圖4)。其XRD和Raman位移圖譜參見圖5和圖6。將0. 2g的該有序二氧化 鈦樣品加入到40ml初始濃度為0. 002%的甲基橙溶液中，低速攪拌下置于40w紫外燈下輻 照《1，對(duì)甲基橙溶液的降解率可達(dá)86. 8%。實(shí)施例2 :10°C時(shí)，將干燥后的蛋清浸于鈦酸四異丙酯中，置于相對(duì)濕度為100% 的空氣中0.證。得到蛋清-二氧化鈦復(fù)合物，然后于800°C焙燒4小時(shí)去除蛋清模板，即得 到有序二氧化鈦材料。這種材料呈“梯子”狀陣列結(jié)構(gòu)，“梯子”內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)。由XRD和Raman位移圖譜證明得到的二氧化鈦為銳鈦礦晶相。將0. 2g的該有序二氧 化鈦樣品加入到40ml初始濃度為0. 002%的甲基橙溶液中，低速攪拌下置于40w紫外燈下 輻照乩，對(duì)甲基橙溶液的降解率可達(dá)83. 6%。實(shí)施例3 :10°C時(shí)，將干燥后的蛋清浸于四異丙醇鈦中，置于相對(duì)濕度為70%的空 氣中證。得到蛋清-二氧化鈦復(fù)合物，然后于550°C焙燒6小時(shí)去除蛋清模板，即得到有序二氧化鈦材料。這種材料呈“梯子”狀陣列結(jié)構(gòu)，“梯子”內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由 XRD和Raman位移圖譜證明得到的二氧化鈦為銳鈦礦晶相。將0. 2g的該有序二氧化鈦樣品 加入到40ml初始濃度為0. 002%的甲基橙溶液中，低速攪拌下置于40w紫外燈下輻照6h， 對(duì)甲基橙溶液的降解率可達(dá)86. 1%。實(shí)施例4 :20°C時(shí)，將干燥后的蛋清浸于四異丙醇鈦中，置于相對(duì)濕度為60%的空 氣中池。得到蛋清-二氧化鈦復(fù)合物，然后于550°C焙燒6小時(shí)去除蛋清模板，即得到有序 二氧化鈦材料。這種材料呈“梯子”狀陣列結(jié)構(gòu)，“梯子”內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由 XRD和Raman位移圖譜證明得到的二氧化鈦為銳鈦礦晶相。將0. 2g的該有序二氧化鈦樣品 加入到40ml初始濃度為0. 002%的甲基橙溶液中，低速攪拌下置于40w紫外燈下輻照他， 對(duì)甲基橙溶液的降解率可達(dá)85. 4%。實(shí)施例5 :40°C時(shí)，將干燥后的蛋清浸于鈦酸正丁酯中，置于相對(duì)濕度為80%的空 氣中池。得到蛋清-二氧化鈦復(fù)合物，然后于500°C焙燒6小時(shí)去除蛋清模板，即得到有序 二氧化鈦材料。這種材料呈“梯子”狀陣列結(jié)構(gòu)，“梯子”內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。得 到的二氧化鈦為銳鈦礦晶相，由XRD和Raman位移圖譜證明得到的二氧化鈦為銳鈦礦晶相。 將0. 2g的該有序二氧化鈦樣品加入到40ml初始濃度為0. 002%的甲基橙溶液中，低速攪拌 下置于40w紫外燈下輻照他，對(duì)甲基橙溶液的降解率可達(dá)85. 8%。
權(quán)利要求
1.一種有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦材料，其特征在于銳鈦礦相，呈“梯子”狀平行排列，“梯子” 內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形貌上完全復(fù)制了雞蛋清獨(dú)特的有序結(jié)構(gòu)，具有良好的光 催化性能。
2.一種如權(quán)利1所述的有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦材料的制備方法，具體步驟如下一定溫度 下，將干燥后的蛋清浸于可控制水解的鈦源中，置于具有一定相對(duì)濕度的空氣中一段時(shí)間。 然后采用高溫焙燒的方法除去雞蛋清模板，于一定溫度下焙燒，即可得到所述有序結(jié)構(gòu)二 氧化鈦材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于具體制備條件如下溫度:5-40 0C ；相對(duì)濕度50% -100% ；時(shí)間0. 5-8h ；焙燒溫度400-800°C焙燒時(shí)間4_8h
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所用的可控制水解的鈦源是四氯化 鈦，鈦酸四異丙酯，鈦酸正丁酯，四異丙醇鈦或之一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于采用的干燥方法為常規(guī)干燥，真空干 燥，冷凍干燥，超臨界干燥之一種或幾種方法的組合。
6.權(quán)利要求1所述有序結(jié)構(gòu)二氧化鈦材料在光催化領(lǐng)域的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及有序材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高度有序的二氧化鈦材料及其制備方法和用途。本發(fā)明采用雞蛋清為模板，在一定溫度和相對(duì)濕度的空氣下，通過可控制水解的鈦源的水解縮聚，得到的混合物在一定的焙燒條件下脫除模板即可獲得有序的二氧化鈦材料。該材料呈“梯子”狀平行排列，“梯子”內(nèi)部形成三維連通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有良好的光催化性能。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明具有成本低廉，制備工藝簡單，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，所得材料在光催化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J35/02GK102070190SQ20091022467
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者周勇, 曾敏, 楊發(fā)祿, 羅慶平, 裴重華, 馬擁軍 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)