一种二氧化钛/碳纳微米球粉体的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种二氧化钛/碳纳微米球粉体的制备方 法，尤其是一种采用非传统模板，制备具有纳微米球形貌的二氧化钛/碳粉体的方法，以及 用该方法制备二氧化钛/碳粉体在光催化方面的应用。
【背景技术】
[0002] 二氧化钛具有优异的电学、光学、以及催化学等方面的性能，广泛应用于多种功 能材料中。二氧化钛/碳纳微米球粉体相比于传统的纳米、微米二氧化钛具有更高的振实 密度和比表面积，以及更加独特、优异的物理学性能。
[0003] 目前见于报道的制备二氧化钛/碳纳微米球粉体的方法主要是通过硬模板或软 模板法，制备的复合微球多为空心微球。专利号为CN102389788A的中国专利公布了一种多 孔二氧化钛-碳复合纳米空心微球的制备方法。该专利通过有机碳源和模板剂，使有机钛 源在溶剂热的过程中合成二氧化钛_碳复合纳米空心微球。然而该方法依赖于对实验条件 精细调控，所制得的空心微球，结构不稳定。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的就是针对现有技术的不足，提供一种二氧化钛/碳纳微米球 粉体的制备方法。
[0005] 本发明方法是通过将热塑性树脂溶解于有机溶剂中，加入盐酸，使得高分子树脂 在溶液中相分离形成纳米微球，在溶剂热过程中，纳米微球结合二氧化钛前驱体，形成二氧 化钛/树脂微球，反应结束后离心、洗涤、干燥、煅烧、高分子树脂原位生成碳，得到二氧化 钛/碳纳微米球粉体。
[0006]本发明方法的具体步骤是： 步骤（1).将热塑性树脂和有机溶剂在常温下搅拌1?3小时，使热塑性树脂溶解，得 到反应溶液；反应溶液中热塑性树脂的质量含量为2?30 % ; 所述的热塑性树脂为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的一种或两种； 所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、 1，4-二氧六环的一种或多种； 步骤（2).将二氧化钛前驱体和浓盐酸加入到上述反应溶液中，搅拌3?30分钟，得到 含有二氧化钛前驱体的溶液；每10克含有二氧化钛前驱体的溶液中含有0. 2?4克二氧化 钛、0? 05?2g浓盐酸； 所述的浓盐酸的质量分数为37 %，浓度为12mol/L; 所述的二氧化钛前驱体为钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸四乙酯中的一种或者多 种； 步骤（3).将上述含有二氧化钛前驱体的溶液，在70?170°C下溶剂热1?24小时， 得到反应产物； 步骤（4).将上述反应产物离心，洗涤，得到沉淀物； 步骤（5).将上述洗涤后的沉淀物在真空烘箱中50?100°C下干燥12?24小时，得 到固体粉末； 步骤（6).将上述固体粉末在400?800°C、氩气气氛下煅烧2?7小时，得到二氧化 钦/碳粉体； 步骤（7).将上述得到的二氧化钛/碳粉体在马弗炉中，空气气氛下200?400°C煅烧 0. 5?4小时，得到不同碳含量的二氧化钛/碳纳微米球粉体。
[0007]本发明的另一个目的是上述方法制备得到的二氧化钛/碳纳微米球粉体在光催 化方面的应用。
[0008]本发明方法采用聚苯乙烯等热塑性树脂作为一种非传统模板来制备具有微纳米 球形貌的二氧化钛/碳粉体，制备的微纳米球尺寸分布均匀，微球轻微团聚，颗粒之间空隙 尺寸均匀。该发明方法不使用传统模板，原位生成碳，掺杂二氧化钛，制备工艺简单，条件易 控，无需特殊设备，适合规模化生产，在光催化方面性能显著。
【附图说明】
[0009]图1为实施例1中制备的二氧化钛/碳微纳米球粉体扫描电镜图；其中a为低倍 率拍摄，b为高倍率拍摄。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的分析。
[0011] 下面实施例中所用的浓盐酸的质量分数为37 %，浓度为12mol/L。
[0012] 实施例1 步骤（1).将0. 2g聚苯乙烯和9. 8gN，N-二甲基甲酰胺在常温下搅拌1小时，使热塑性 树脂溶解，得到l〇g反应溶液； 步骤（2).将0. 2g钛酸四异丙酯和0. 05g浓盐酸加入到上述9. 75g反应溶液中，搅拌 3分钟，得到含有二氧化钛前驱体的溶液； 步骤（3).将上述含有二氧化钛前驱体的溶液，在70°C下溶剂热24小时，得到反应产 物； 步骤（4).将上述反应产物离心，洗涤，得到沉淀物； 步骤（5).将上述洗涤后的沉淀物在真空烘箱中50°C下干燥24小时，得到固体粉末； 步骤（6).将上述固体粉末在400°C、氩气气氛下煅烧7小时，得到二氧化钛/碳粉体； 步骤（7).将上述得到的二氧化钛/碳粉体在马弗炉中，空气气氛下200°C煅烧4小时， 得到碳含物量为百分之一的二氧化钛/碳纳微米球粉体。
[0013]图1为实施例1中制备的二氧化钛/碳微纳米球粉体扫描电镜图；其中a为低倍 率拍摄，b为高倍率拍摄。
[0014]实施例1中制备的二氧化钛/碳微纳米球粉体用以光催化产氢，数据见表1。[0015]表 1
【主权项】
1. 一种二氧化钛/碳纳微米球粉体的制备方法，其特征在于该方法是通过将热塑性树 脂溶解于有机溶剂中，然后加入盐酸，使得高分子树脂在溶液中相分离形成纳米微球；在溶 剂热过程中，纳米微球结合二氧化钛前驱体，形成二氧化钛/树脂微球；反应结束后离心、 洗涤、干燥、煅烧、高分子树脂原位生成碳，得到二氧化钛/碳纳微米球粉体。
2. 如权利要求1所述的一种二氧化钛/碳纳微米球粉体的制备方法，其特征在于该方 法具体包括以下步骤： 步骤（1).将热塑性树脂和有机溶剂在常温下搅拌1?3小时，使热塑性树脂溶解，得 到反应溶液；反应溶液中热塑性树脂的质量含量为2?30 % ; 步骤（2).将二氧化钛前驱体和浓盐酸加入到上述反应溶液中，搅拌3?30分钟，得到 含有二氧化钛前驱体的溶液；每10克含有二氧化钛前驱体的溶液中含有0. 2?4克二氧化 钛、0· 05?2g浓盐酸； 所述的浓盐酸的质量分数为37 %，浓度为12 mol/L ; 步骤（3).将上述含有二氧化钛前驱体的溶液，在70?170°C下溶剂热1?24小时， 得到反应产物； 步骤（4).将上述反应产物离心，洗涤，得到沉淀物； 步骤（5).将上述洗涤后的沉淀物在真空烘箱中50?KKTC下干燥12?24小时，得 到固体粉末； 步骤（6).将上述固体粉末在400?800°C、氩气气氛下煅烧2?7小时，得到二氧化 钦/碳粉体； 步骤（7).将上述得到的二氧化钛/碳粉体在马弗炉中，空气气氛下200?400°C煅烧 0. 5?4小时，得到不同碳含量的二氧化钛/碳纳微米球粉体。
3. 如权利要求1或2所述的一种二氧化钛/碳纳微米球粉体的制备方法，其特征在于 所述的热塑性树脂为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的一种或两种。
4. 如权利要求1或2所述的一种二氧化钛/碳纳微米球粉体的制备方法，其特征在于 所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、1，4-二 氧六环的一种或多种。
5. 如权利要求1或2所述的一种二氧化钛/碳纳微米球粉体的制备方法，其特征在于 所述的二氧化钛前驱体为钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯、钛酸四乙酯中的一种或者多种。
6. 如权利要求1所述的方法制备得到的二氧化钛/碳纳微米球粉体在光催化方面的应 用。
【专利摘要】本发明公开一种二氧化钛/碳纳微米球粉体的制备方法及其应用。该方法是通过将热塑性树脂溶解于有机溶剂中，加入盐酸，使得高分子树脂在溶液中相分离形成纳米微球，在溶剂热过程中，纳米微球结合二氧化钛前驱体，形成二氧化钛/树脂微球，反应结束后离心、洗涤、干燥、煅烧、高分子树脂原位生成碳，得到二氧化钛/碳纳微米球粉体。上述方法制备得到的二氧化钛/碳纳微米球粉体在光催化方面的应用。本发明方法采用非传统模板来制备具有微纳米球形貌的二氧化钛/碳粉体，制备的微纳米球尺寸分布均匀，微球轻微团聚，颗粒之间空隙尺寸均匀。
【IPC分类】B01J21-18, C01G23-047, C01B31-02
【公开号】CN104549204
【申请号】CN201410816704
【发明人】程亚军, 程婷, 朱锦
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月23日