一种采用冷冻干燥法制备多孔二氧化钛纳米材料的新方法与流程

本发明涉及材料领域，特别涉及一种采用冷冻干燥制备多孔二氧化钛纳米材料的新方法。

背景技术：

近年来，多孔二氧化钛纳米材料因其特殊的性质而成为当前纳米科技的研究热点。二氧化钛具备绿色环保、催化活性高、化学性质稳定、成本低、高折射率、优异的生物相容性、光敏、气敏等特性，在电化学、光催化、生物传感、废水处理以及能源领域等均有广泛的应用。二氧化钛的研究成果可以有效地应用到日常生活中的方方面面，给人们的生活带来便利，提高生活质量。

二氧化钛的晶型分为三种：板钛矿型、锐钛矿型和金红石型。目前最主要的研究方法是模板法、水热分解法、溶剂热法、溶胶凝胶法等，有效地实现了对二氧化钛结构与形态的控制。由于钛源对反应体系中的水较为敏感，造成水解速度过快，往往会发生颗粒的聚集，形态不规则，分散性差；溶剂热法相对简单，但是如何控制前驱体在溶剂中的分散是个难题。模板法可以分成硬模板法和软模板法，然而模板的去除是比较棘手的问题。采用化学试剂去除模板，不仅会导致材料结构的改变，还会污染产物；煅烧法去除可以提高结晶性，但会影响材料的成型。上述这些传统方法存在耗时长、制备过程复杂、环境污染以及价格昂贵等缺点，因此急需要一种更为高效、绿色、廉价的方法来取代。在我们的工作中，报道了一种采用灌注液氮快速冷冻以及后续冷冻干燥的新工艺制备了分层级多孔二氧化钛纳米材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种采用冷冻干燥制备多孔二氧化钛纳米材料的新方法，以克服传统方法制备步骤繁琐、原料使用量大、周期长，产物纯度不佳等缺点。

本发明所提供的一种多孔二氧化钛纳米材料的新方法是：

将钛酸四丁酯与盐酸溶液相混合，搅拌后灌注液氮快速冷冻以及进一步冷冻干燥处理，最后经过煅烧即得到多孔的二氧化钛纳米材料，孔径大小在100-300nm。

采用钛酸四丁酯作为二氧化钛前驱体，在盐酸水溶解中发生水解，形成溶胶。灌注液氮使得溶胶快速冷冻，随后进行冷冻干燥处理，溶胶中的水成为造孔剂，液氮起到维持结构形貌的作用，最后经过煅烧后得到多孔的二氧化钛纳米材料。

所述的多孔二氧化钛纳米材料的制备方法，钛酸四丁酯和1M盐酸溶液体积比为1:2～1:6，搅拌时间为3-24h，冷冻干燥时间为12-24h，煅烧温度为500℃，煅烧时间为4h。

所述的多孔二氧化钛纳米材料，孔径大小在100-300nm，表面孔的分布非常均匀，具有广泛的应用前景。

与已有技术相比，本发明所述的采用冷冻干燥制备多孔二氧化钛纳米材料的新方法，具有如下的优越性和有益效果：

1)与传统的模板法或者水热法相对比，该方法原料使用量较少，减少了对环境的污染，此外，实验步骤简单，避免了传统方法耗时长、过程繁琐等缺点，并且工艺成本低廉，十分有利于多孔二氧化钛纳米材料的大规模生产。

2)本方法制得多孔材料结构十分优异，孔径均匀，分散良好，在许多领域具有应用前景。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。

附图说明

图1为多孔二氧化钛纳米材料的制备流程图：

图2为钛酸四丁酯：盐酸为1:2，搅拌3小时的样品SEM图片：

图3为钛酸四丁酯：盐酸为1:2，搅拌24小时的样品SEM图片。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例1：

如图1—2所示，取一只20ml的玻璃a瓶，加入1ml钛酸四丁酯和2ml盐酸溶液(1M)，搅拌3小时后，溶液由浑浊变澄清。将小黑瓶放置于地面上，进行液氮的灌注，保证液体快速冷冻，随即转移至冷冻干燥机中进行12h的冷冻干燥。待干燥结束后，转移小黑瓶至马弗炉中，进行500度煅烧处理，升温速度为2℃/min，保温时间为4h，降温速度与升温速度相同，即得到多孔二氧化钛纳米材料。

实施例2：

如图1所示，取一只20ml的小黑瓶，加入1ml钛酸四丁酯和4ml盐酸溶液(1M)，搅拌3小时后，溶液由浑浊变澄清。将小黑瓶放置于地面上，进行液氮的灌注，保证液体快速冷冻，随即转移至冷冻干燥机中进行12h的冷冻干燥。待干燥结束后，转移小黑瓶至马弗炉中，进行500度煅烧处理，升温速度为2℃/min，保温时间为4h，降温速度与升温速度相同，即得到多孔二氧化钛纳米材料。

实施例3：

如图1及图3所示，取一只20ml的小黑瓶，加入1ml钛酸四丁酯和2ml盐酸溶液(1M)，搅拌24小时后，溶液由浑浊变澄清。将小黑瓶放置于地面上，进行液氮的灌注，保证液体快速冷冻，随即转移至冷冻干燥机中进行16h的冷冻干燥。待干燥结束后，转移小黑瓶至马弗炉中，进行500度煅烧处理，升温速度为2℃/min，保温时间为4h，降温速度与升温速度相同，即得到多孔二氧化钛纳米材料。

实施例4：

如图1所示，取一只20ml的小黑瓶，加入1ml钛酸四丁酯和6ml盐酸溶液(1M)，搅拌6小时后，溶液由浑浊变澄清。将小黑瓶放置于地面上，进行液氮的灌注，保证液体快速冷冻，随即转移至冷冻干燥机中进行24h的冷冻干燥。待干燥结束后，转移小黑瓶至马弗炉中，进行500度煅烧处理，升温速度为2℃/min，保温时间为4h，降温速度与升温速度相同，即得到多孔二氧化钛纳米材料。