专利名称：一种绿色仿生制备二氧化钛纳米材料的方法
技术领域：
本发明涉及适量的三氯化钛溶液在生物模板存在下，于低温下静置若干天，洗涤，过滤，干燥即得不同晶型的二氧化钛纳米材料，进一步煅烧所得二氧化钛纳米材料的结晶度提高，但仍保持原有晶型；且生物模板不同，呈现的微观形貌也不同。
背景技术：
二氧化钛由于自身无毒、无害、无腐蚀性、表面活性大、催化效率高、具有优异的化学稳定性和热稳定性，而被广泛应用于卫生保健领域、光催化、太阳能电池、锂离子电池、电致变色器件等方面。但是材料的分散性、颗粒大小、比表面积、亲水性、表面功能化、导电性等特点，尤其是其生物相容性深受制备方法和煅烧工艺的影响。而如何精确调控TiO2的微观结构和粒子的晶体型态，有效提高材料的生物相容性和光化学、电化学性能也成为TiO2研究领域的难点和热点。目前制备TiO2的方法主要为化学气相沉积、溶胶-凝胶、蒸发、溅射、电化学法等。传统制备二氧化钛纳米材料的方法主要有溶胶-凝胶法、水热-溶剂热法、高温气相反应法等。其中溶胶-凝胶法因工艺简单、产品纯度高、均匀性好，应用最广。但由于要以钛醇盐为原料，又要加入大量的有机试剂，因此成本高，同时由于凝胶的生成，有机试剂不易逸出，干燥、烧结过程易产生碳污染。另外，对于困扰已久的团聚问题，局部表面化学反应、机械化学反应及用表面活性剂或聚合物包覆等都不能从根本上解决；水热-溶剂热法能直接制得结晶良好且纯度高的粉体，不需作高温煅烧处理，避免了粉体的硬团聚，而且通过改变工艺条件，可实现对粉体粒径、晶型等特性的控制。然而，水热法是高温、高压下的反应，对设备要求高，操作复杂，能耗较大，因而成本偏高；高温气相反应法制备的纳米粉体产品纯度高，粒径小，表面活性大，分散性好，团聚程度较小，自动化程度高，但其制备温度较高，腐蚀严重，对设备材质要求苛刻，对工艺参数控制要求准确，因此产品成本较高。寻找一种反应条件温和，易于操作，简单方便的方法来制备二氧化钛纳米材料，并对产品的微结构和粒子晶体型态进行有目的调控， 成了二氧化钛制备中的关键问题。仿生制备是近年来新生的一个研究课题，始于20世纪90年代，是模拟生物矿化过程，在有机物的调制下合成无机化合物的新方法。仿生合成可以对材料的显微结构进行精确调控，使之具有独特精致的纳米级微观结构，进而改善无机材料的传递行为、催化活性、分离效率、储存和释放动力学等诸多特征。此外随着对环保的要求越来越高，发展一种可靠的、绿色可控的纳米材料的合成方法也是未来纳米技术的重要发展方向。一个极其引人注目的新思路就是利用一系列天然物质(如DNA、蛋白质、多糖、病毒、细菌、硅藻、昆虫翅膀、花粉、真菌和海绵等)仿生合成纳米功能材料，这种方法合成环境温和可控，生物相容性好，为合成高生物相容性微纳米三维尺度的多孔无机功能材料提供了可能。这类特殊的材料在光电转换、化学催化及药物缓释等方面显示出较常规材料更为优异的性能，在能源、催化、传感器制造以及生物医学等领域显示出诱人的应用前景，是近年来生物和材料学科交叉研究的一大热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应条件温和、操作简便、对环境无污染、产率高、形貌和晶体结构可控的制备二氧化钛的方法。本发明人在研究仿生合成的过程中，发现利用生物大分子或生物组织为模板在低温即可以合成具有不同晶体结构和特殊形貌的二氧化钛纳米材料，进一步的煅烧使材料的结晶度提高，但晶体结构保持不变。本发明制备二氧化钛纳米材料的方法是一种绿色仿生制备法，它是将适量的三氯化钛、蛋清、花粉或者酵母等生物模板加入到蒸馏水中搅拌均匀，在低温下静置若干天，洗涤，过滤，干燥，煅烧制得了不同晶型、不同形貌的二氧化钛纳米材料。本发明的绿色仿生制备二氧化钛纳米材料的方法反应条件温和、操作简单、无需特殊的仪器和实验条件，而且模板廉价、易得、环保、容易去除，制得二氧化钛的晶体结构和形貌可控，并且重复性高。
图1为所制得样品的XRD图。图2为以蛋清为模板所制备的二氧化钛纳米材料煅烧后样品的扫描电镜照片。图3为以花粉为模板所制备的二氧化钛纳米材料煅烧后样品的扫描电镜照片。
具体实施例方式实施例一
以蛋清为模板:准确称取0.227 g蛋清，将其加入到80 mL蒸馏水中，搅拌均匀，然后再加入3 mL三氯化钛溶液，于室温下静置3天，洗涤，过滤，干燥即得锐钛型二氧化钛纳米材料；一定温度煅烧后材料的结晶度提高，但仍保持了锐钛矿型二氧化钛晶体结构，且为尺寸分布均匀的纳米小颗粒；`
实施例二
以花粉为模板:准确称取0.227 g花粉，将其加入到80 mL蒸馏水中，搅拌均匀，然后再加入3 mL三氯化钛溶液，于室温下静置3天，洗涤，过滤，干燥即得金红石型二氧化钛纳米材料；一定温度煅烧后材料的结晶度提高，但仍保持了金红石型的二氧化钛晶体结构，且由小的纳米棒聚集成簇状。
权利要求
1.一种仿生合成法制备不同晶型，不同形貌的二氧化钛纳米材料的方法，其特征在于:其制备步骤如下: 向水中加入生物模板和三氯化钛溶液，搅拌均匀，所述的生物模板包括蛋清，植物花粉和酵母等真菌，生物模板的浓度为0.001 g/ mL 0.2 g/ mL，三氯化钛溶液与水的体积比为1:8 80; 将上述溶液于4 40摄氏度下静置I 7天，直至出现白色沉淀，洗涤，过滤，干燥，不经过煅烧即得一定晶型的二氧化钛纳米材料；煅烧后材料的结晶度提高，但仍保持了煅烧前的晶体结构，且为尺寸 分布均匀。
全文摘要
一种绿色仿生制备二氧化钛纳米材料的方法，它是将适量的三氯化钛，蛋清、花粉或者酵母生物模板加入到水中搅拌均匀，在低温下静置若干天，洗涤，过滤，干燥即得不同晶体结构的二氧化钛纳米材料，进一步的煅烧所得二氧化钛纳米材料结晶度提高，但仍保持原有晶体结构，且所用生物模板不同，所得材料呈现不同的微观形貌。该方法反应条件温和、操作简单、无需特殊的仪器和实验条件，而且模板廉价、易得、环保、容易去除，制得二氧化钛的晶体结构和形貌可控，且重复性高。
文档编号C01G23/053GK103101971SQ201110355498
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者包淑娟, 雷超 申请人:新疆大学