一種基于鈦氧簇化合物制備納米多孔二氧化鈦的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鈦氧簇化合物制備納米多孔二氧化鈦的方法，所述方法為：將鈦氧簇化合物晶體在300℃～1000℃溫度下煅燒時(shí)間5h～40h，煅燒氣氛為空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣中的一種或兩種以上的混合氣，煅燒后降至室溫，制得所述納米多孔二氧化鈦。所述的鈦氧簇化合物是由多個(gè)鈦原子通過氧橋鍵相互連接構(gòu)筑的籠狀分子團(tuán)簇。本發(fā)明提供了一種全新制備納米多孔二氧化鈦材料的方法，通過改變鈦氧簇的種類、煅燒氣氛、煅燒溫度和時(shí)間，可以調(diào)控納米多孔二氧化鈦或者摻雜其他金屬/非金屬的納米多孔二氧化鈦的結(jié)構(gòu)和形貌。整個(gè)過程操作簡(jiǎn)單，綠色無毒，產(chǎn)率高。
【專利說明】一種基于鈦氧簇化合物制備納米多孔二氧化鈦的方法
(-)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米多孔二氧化鈦材料及其制備方法。
(二)

【背景技術(shù)】
[0002]納米多孔二氧化鈦結(jié)構(gòu)獨(dú)特，物理化學(xué)性能優(yōu)異被廣泛應(yīng)用于電極材料、光電催化等領(lǐng)域。納米多孔二氧化鈦的比表面積，孔徑分布等形貌因素會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生重要的影響，因此改善多孔二氧化鈦的形貌，以提高其性能便有著重大的意義。
[0003]鈦氧簇又稱鈦氧籠，其基本骨架是由多個(gè)鈦原子通過氧橋鍵相互連接構(gòu)筑的籠狀分子團(tuán)簇，直徑在0.5-2.0nm之間。鈦氧籠的化學(xué)組成豐富、空間結(jié)構(gòu)可控，受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。
[0004]目前文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的制備納米多孔二氧化鈦的方法主要有溶膠凝膠法和軟、硬模版法。
(三)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種基于鈦氧簇化合物制備納米多孔二氧化鈦材料的方法，通過該方法制備的多孔二氧化鈦，可以有效的控制其組成和孔徑分布，從而獲得了高性能的多孔二氧化鈦材料。
[0006]本發(fā)明使用鈦氧簇化合物作為前驅(qū)體，可以通過改變煅燒溫度，煅燒氣氛和煅燒時(shí)間得到形貌不同的多孔二氧化鈦材料或者多孔二氧化鈦/碳復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于鈦氧簇化合物制備納米多孔二氧化鈦的方法，所述方法為:將鈦氧簇化合物在300 0C?1000 0C溫度下煅燒5h?40h，煅燒氣氛為空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣中的一種或兩種以上的混合氣，煅燒后降至室溫，制得所述納米多孔二氧化鈦。
[0009]所述的鈦氧簇化合物是由多個(gè)鈦原子通過氧橋鍵相互連接構(gòu)筑的籠狀分子團(tuán)簇，包括但不限于:[Ti4O (OEt)15H]' [Ti14O2tl (OEt)2tl (GaCl) 2]、[(Ti2O(OEt)J(NdCl) ]2、[Ti7(OEt)19O5(CoBr)] , [Ti8O7(HOEt) (OEt)21Ce] , [Ti11O14(OiPr)17(CoI)],[Ti24(OEt)30O34(CoBr)2]、[Ti20(OEt)23O31(Co2I3) (PH) ]、[Ti14O14(OH) (OEt)28Ga]、[Ti4 (OEt)15O (CoBr) ]、[Ti27MnKO35(OH)3(OEt)38]或[(CoBr)6Ti15O24 (OiPr)18(Br)]^
[0010]上述化學(xué)式中，Et代表乙基、iPr代表異丙基，PH代表苯基。
[0011]本發(fā)明實(shí)施例中所用的鈦氧簇化合物為[Ti4O(OEt)15H]或[Ti4(0Et)150(CoBr)]。
[0012]上述各鈦氧簇晶體均已在各文獻(xiàn)中公開其制備方法。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例所用的[Ti4O (OEt) 15H]晶體可按照文獻(xiàn)Y.Lv, J.WiIlkomm,M.Leskes, A.Steiner，T.C.King，L Gan, E.Reisner, P.T.Wood and D.S.Wright, Chem.Eur.J.2012，18，11867-11870中公開的方法進(jìn)行制備。
[0014][Ti4(OEt)15O(CoBr)]晶體可按照文獻(xiàn) Y.Lv, J.Cheng, A.Steiner, L.Gan andD.S.Wright, Angew.Chem.1nt.Ed.2014，53，1934-1938 中公開的方法進(jìn)行制備。
[0015]所述的煅燒氣氛優(yōu)選為空氣、氮?dú)饣驓鍤狻?br> [0016]所述煅燒的溫度優(yōu)選為400°C?500°C。煅燒的時(shí)間優(yōu)選為12h?24h。
[0017]本發(fā)明所制得的納米多孔二氧化鈦的成分根據(jù)所采用的原料鈦氧簇化合物的成分而變化，原料鈦氧簇化合物中含有摻雜元素如Ga、Co、Ce、Nd等時(shí)，煅燒后制得的納米多孔二氧化鈦同樣摻雜有相應(yīng)的金屬和/或非金屬兀素。
[0018]另外，鈦氧簇化合物中含有的碳元素，在不含氧的氣氛(如氮?dú)?、氬氣氣?煅燒，則碳元素保留在產(chǎn)物中，為摻雜碳元素的納米多孔二氧化鈦。鈦氧簇化合物中含有的碳元素在空氣或氧氣下煅燒后，碳元素氧化生產(chǎn)二氧化碳，產(chǎn)物中不摻雜碳元素。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)上述特性調(diào)整煅燒氣氛，從而得到不同成分的納米多孔二氧化鈦。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:采用了一種全新的方式制備納米多孔二氧化鈦材料，通過改變鈦氧簇的種類、煅燒氣氛、煅燒溫度和時(shí)間，可以調(diào)控納米多孔二氧化鈦或者摻雜其他金屬/非金屬的納米多孔二氧化鈦的結(jié)構(gòu)和形貌。整個(gè)過程操作簡(jiǎn)單，綠色無毒，產(chǎn)率聞。
(四)

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1實(shí)施例1、2制得的納米多孔二氧化鈦的SEM圖，其中圖1 (a)為實(shí)施例1制得的納米多孔二氧化鈦的SHM圖，圖1 (b)為實(shí)施例2制得的納米多孔二氧化鈦的SHM圖。
[0021]圖2實(shí)施例1、2制得的納米多孔二氧化鈦的氮吸附和解吸等溫線和孔隙大小分布圖，其中圖2(a)為實(shí)施例1，圖2(b)為實(shí)施例2。
[0022]圖3實(shí)施例1、2制得的納米多孔二氧化鈦的XRD圖，其中A為實(shí)施例1，B為實(shí)施例2。
(五)

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)闡述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
[0024]實(shí)施例1
[0025]按照文獻(xiàn)中公開的合成方法制備得鈦氧簇[Ti4O (OEt) 15H]晶體(Y.Lv,J.WiIlkomm, M.Leskes, A.Steiner, T.C.King, L.Gan, E.Reisner, P.T.Wood andD.S.Wright, Chem.Eur.J.2012，18，11867-11870)，之后在坩堝中放入鈦氧簇[Ti4O(OEt)15H]晶體3g，然后置于管式爐中，在空氣氛下煅燒。煅燒溫度為500°C，煅燒時(shí)間為24小時(shí)。待煅燒結(jié)束降至室溫，打開管式爐取出坩堝，收集樣品，密封避光保存。所得的樣品為淡黃色納米多孔二氧化鈦材料。SEM圖譜見附圖1(a)，氮吸附和解吸等溫線和孔隙大小分布圖見圖2(a)，XRD圖譜見附圖3的A曲線。從附圖中可以看出，得到的納米多孔二氧化鈦表面擁有大量介孔，其孔徑大小約分布在2?5納米之間。
[0026]實(shí)施例2
[0027]按照文獻(xiàn)中公開的合成方法制備得鈦氧簇[Ti4O (OEt) 15H]晶體(Y.Lv,J.WiI lkomm, M.Leskes, A.Steiner, T.C.King, L.Gan, E.Reisner, P.T.Wood andD.S.Wright, Chem.Eur.J.2012，18，11867-11870)，之后在坩堝中放入鈦氧簇[Ti4O(OEt)15H]晶體3g，然后置于管式爐中，在氮?dú)夥障蚂褵?。煅燒溫度?00°C，煅燒時(shí)間為12小時(shí)。待煅燒結(jié)束降至室溫，打開管式爐取出坩堝，收集樣品，所得的樣品為黑色的摻雜碳的納米多孔二氧化鈦材料。SEM圖譜見附圖1(b)，氮吸附和解吸等溫線和孔隙大小分布圖見圖2(b)，XRD圖譜見附圖3的B曲線。從附圖中可以看出，得到的納米多孔二氧化鈦表面明顯附有一層碳，且擁有大量介孔，其孔徑大小約分布在2?20納米之間。
[0028]實(shí)施例3
[0029]按照文獻(xiàn)中公開的合成方法制備得鈦氧簇[Ti4(OEt)15O(CoBr)]晶體(Y.Lv，J.Cheng, A.Steiner, L.Gan and D.S.Wright, Angew.Chem.1nt.Ed.2014, 53,1934-1938)，之后在坩堝中放入鈦氧簇[Ti4(OEt)15O(CoBr)]晶體3g，然后置于管式爐中，在氬氣氛下煅燒。煅燒溫度為500°C，煅燒時(shí)間為24小時(shí)。待煅燒結(jié)束降至室溫，打開管式爐取出坩堝，收集樣品，所得的樣品為黑色的摻雜碳、鈷的納米多孔二氧化鈦材料。
【權(quán)利要求】
1.一種基于鈦氧簇化合物制備納米多孔二氧化鈦的方法，其特征在于所述方法為:將鈦氧簇化合物在300°C?1000°C溫度下煅燒5h?40h，煅燒氣氛為空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣中的一種或兩種以上的混合氣，煅燒后降至室溫，制得所述納米多孔二氧化鈦。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的鈦氧簇化合物為[Ti4O(OEt)15H]、[Ti14O20(OEt)20(GaCl)2]、[ {Ti20(OEt) 9} (NdCl)J2, [Ti7(OEt)19O5(CoBr)], [Ti8O7(HOEt)(OEt)21Ce], [Ti11O14(OiPr)17(CoI)], [Ti24(OEt)30O34(CoBr)2], [Ti20(OEt)23O31(Co2I3)(PH) ]、[Ti14O14(OH) (OEt)28Ga] , [Ti4 (OEt) 150 (CoBr) ]、[Ti27MnKO35(OH)3(OEt)38]或[(CoBr)6Ti15O24(OiPr) 18(Br)]_。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的煅燒氣氛為空氣、氮?dú)饣驓鍤狻?br> 4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述煅燒的溫度為400°C?500°C。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述煅燒的時(shí)間為12h?24h。
【文檔編號(hào)】C01G23/08GK104386744SQ201410617832
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】張 誠(chéng), 呂耀康, 蔡志威, 歐陽(yáng)密, 蒯羽, 陳均, 王天佑, 趙鈺晨, 多米尼克·西門·賴特 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)