專利名稱：：TiO₂-Al₂O₃復(fù)合納米粉體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種Ti02-Al203復(fù)合納米粉體材料的制備方法，特別使用了十二烷基胺鹽酸鹽(Laurylaminehydrochloride)作為溶膠-凝膠法中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑以獲得高比表面積、窄孔徑分布和大孔體積的復(fù)合納米氧化物粉體。屬于化學(xué)法制備納米氧化物的
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：基于納米二氧化鈦的復(fù)合納米氧化物是一類非常重要的功能材料，在催化以及光電轉(zhuǎn)換材料等領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。在室內(nèi)裝修污染處理方面，2003年8月中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系研制出一種以納米二氧化鈦為主的復(fù)合納米催化技術(shù)凈化裝置，其中的以納米二氧化鈦為主的復(fù)合納米材料的使用，使得甲醛、苯等裝修污染物有望得到安全有效的降解，凈化室內(nèi)空氣。該技術(shù)不同于以往的光觸媒材料和技術(shù)，其催化效率較傳統(tǒng)的光觸媒材料提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，可將30余種有機(jī)污染物分解轉(zhuǎn)化為無雜質(zhì)r滅絲效，凝絲S^-污l-,權(quán)-、幕-；縛瞎物質(zhì)消除率達(dá)卯％以上，對(duì)總細(xì)菌量的消除率也達(dá)80%。在染料敏化太陽能電池方面，目前對(duì)納米太陽能電池光陽極的研究主要集中在納米Ti02上，但是由于Ti02的光催化使敏化染料有不同程度的降解，彰響到電池的使用壽命，因此有人采用溶膠一凝膠法制備出復(fù)合ZnO-Sn02染料敏化太陽能電池，用來極力解決上述問題。另外，單獨(dú)使用Ti02作為電極材料時(shí)，比表面積較低；缺少空間電荷層，在薄膜與電解質(zhì)界面沒有勢(shì)壘；致使染料被太陽光照激發(fā)注入到Ti02導(dǎo)帶中的電子容易重新回傳到染料上去，形成電子復(fù)合；降低了電池的光電流。部分電子還會(huì)被電解質(zhì)中的氧化物復(fù)合，也會(huì)造成電池效率降低。所以目前基于納米二氧化鈦的復(fù)合納米氧化物，如Ti02-Al203、Ti02-Si02等，是近年來在染料敏化太陽能電池的電極材料領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的幾種電極材料。采用復(fù)合材料，形成勢(shì)壘，可以降低光誘導(dǎo)下的電子復(fù)合速率，從而提高光電流和電池效率。目前，納米微粒的制備方法有物理和化學(xué)等很多種，其中溶膠-凝膠法作為一種重要的納米復(fù)合材料的制備方法，主要是由于它本身的幾大優(yōu)點(diǎn)①較低的反應(yīng)溫度，一般為室溫或稍高溫度，大多數(shù)有機(jī)活性分子可以引入此體系中并保持其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)；②由于反應(yīng)是從溶液開始，各組分的比例易控制，且達(dá)到分子水平上的均勻；③由于不涉及高溫反應(yīng)，能避免雜質(zhì)的.'引入，可保證最終產(chǎn)品的純度；④可根據(jù)需要，在反應(yīng)的不同階段，制取薄膜、纖維或塊狀功能材料。同時(shí)，納米材料的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)對(duì)納米材料的光學(xué)特性有很大的影響。納米材料的顆粒尺寸越小，電子平均自由程縮短，偏離理想周期場(chǎng)愈加嚴(yán)重，使得其具有特殊的導(dǎo)電性。在磁學(xué)性能上，當(dāng)晶粒尺寸減小到臨界尺寸時(shí)，常規(guī)的鐵磁性材料會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，甚至處于超順磁狀態(tài)。納米材料的比表面積/體積越大，它的化學(xué)活性越高，在催化、敏感和響應(yīng)等性能方面顯得尤為突出。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種以十二烷基胺鹽酸鹽作為溶膠-凝膠法中結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑制備粒徑分布均勻、高比表面積、窄孔徑分布和大孔體積的Ti02-Al203復(fù)合納米粉體材料的方法。解決目前國(guó)內(nèi)外復(fù)合納米粉體顆粒大小不易控制，粒徑分布不夠均勻的缺陷，同時(shí)解決實(shí)驗(yàn)方法復(fù)雜，原材料昂貴難買，反應(yīng)條件苛刻的難點(diǎn)。技術(shù)方案Ti02-Al203復(fù)合納米粉體材料的具體制備方法配制出約0.1-0.5mol/L的十二烷基胺鹽酸鹽水溶液，室溫下調(diào)節(jié)其pH值至4-5。將鈦酸酯和2-異丁醇鋁兩種醇鹽按1:11:0.0625的摩爾比裝入混合，混合均勻后加入與鈦酸酯等摩爾量的乙酰丙酮，23-C-26。C保溫?cái)嚢?0-70分鐘；再加入已配制好的十二烷基胺鹽酸鹽水溶液且按照十二烷基胺鹽酸鹽與鈦酸酯等摩爾量加入，38'C-42'C保溫?cái)嚢?0-28小時(shí)；最后在75°〇-85°〇保溫水熱反應(yīng)6-8天，用異丙醇洗滌，離心分離，干燥得Ti02-Al203復(fù)合納米粉末狀產(chǎn)物。本發(fā)明所用的鈦酸酯為鈦酸異丙酯或鈦酸丁酯。本發(fā)明所使用醇鹽進(jìn)行反應(yīng)時(shí)加入乙酰丙酮作為水解抑制劑，乙酰丙酮中的烯醇基比由水產(chǎn)生的OH-更易與鈦酸酯發(fā)生螯合反應(yīng)，阻止鈦酸酯直接水解，使鈦酸酯中烷氧基被水中OHT取代的水解反應(yīng)變慢，調(diào)節(jié)水解速率使反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行。本發(fā)明所使用的方法為以十二垸基胺鹽酸鹽為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的溶膠-凝膠法，該方法制備出的納米多孔結(jié)構(gòu)不易塌陷，穩(wěn)定性較高，同時(shí)可以獲得高比表面積、窄孔徑分布和大孔體積的復(fù)合納米氧化物粉體。參照?qǐng)Dl，根據(jù)X-射線能譜分析表明本發(fā)明的產(chǎn)物中僅含有Ti、Al及O三種元素，證明產(chǎn)物為Ti(VAl203復(fù)合物。有益效果按照上述技術(shù)方案進(jìn)行反應(yīng)原材料廣泛，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物后處理簡(jiǎn)單；制備得的復(fù)合納米粉體比表面積高、孔徑分窄布和孔體積大，平均粒徑在5-20nm之間。將鈦酸異丙酯與2-異丁醇鋁制備得的Ti02-Al203復(fù)合納米氧化物粉體用于染料敏化太陽能電池的光陽極材料，通過光電流-電壓測(cè)試得下表。表一不同比例復(fù)合電池的參數(shù)對(duì)照<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>當(dāng)鈦酸異丙酯:2-丁醇鋁摩爾比為1:0.125時(shí)，制備得的復(fù)合納米氧化物比表面積，孔體積，孔徑，分別為171.89m2/g,0.26cm3/g，60.64nm，同時(shí)染料敏化太陽能電池能夠得到最優(yōu)光電轉(zhuǎn)化效率8.58%(開路電壓為0.77V，短路.電流為17.40mA/cm2，填充因子為0.64)。圖1是由本發(fā)明制得的產(chǎn)物的x-射線能譜分析圖。具體實(shí)施方式制備Ti02-Al203復(fù)合納米氧化物粉體首先配制0.3mol/L十二垸基胺鹽酸鹽水溶液，室溫下調(diào)節(jié)pH值至4、4.6或5。將鈦酸異丙酯、2-異丁醇鋁、乙酰丙酮按摩爾比l:x:l,其中x-l，0.5，0.25，0.125，0.0625，裝入圓底燒瓶，23、25或26'C恒溫水浴，磁力攪拌1小時(shí)、50分鐘或70分鐘后，向圓底燒瓶中加入己配制好的十二烷基胺鹽酸鹽水溶液且按照十二烷基胺鹽酸鹽與鈦酸酯等摩爾量加入，38'C、4(TC或42'C恒溫水浴，磁力攪拌20、22或28小時(shí)。最后，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至水熱釜，75°C、85'C或80'C水熱反應(yīng)6、7或8天。用異丙醇洗滌，離心分離，干燥得粉末狀產(chǎn)物，該粉末狀產(chǎn)物即為Ti02-Al203復(fù)合納米粉體材料。表二、5種不同配比Ti02-Al203復(fù)合納米氧化物BET數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種TiO2-Al2O3復(fù)合納米粉體材料的制備方法，其特征在于該方法為配制出約0.1-0.5mol/L的十二烷基胺鹽酸鹽水溶液，室溫下調(diào)節(jié)其pH值至4-5，將鈦酸酯和2-異丁醇鋁兩種醇鹽按1∶1～1∶0.0625的摩爾比混合，混合均勻后加入與鈦酸酯等摩爾量的乙酰丙酮，23℃-26℃保溫?cái)嚢?0-70分鐘；再加入已配制好的十二烷基胺鹽酸鹽水溶液且按照十二烷基胺鹽酸鹽與鈦酸酯等摩爾量加入，38℃-42℃保溫?cái)嚢?0-28小時(shí)；最后在75℃-85℃保溫水熱反應(yīng)6-8天，用異丙醇洗滌，離心分離，干燥得TiO2-Al2O3復(fù)合納米粉末狀產(chǎn)物。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ti02-Al203復(fù)合納米粉體材料的制備方法，其特征在于所使用的鈦酸酯為鈦酸異丙酯或鈦酸丁酯。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的Ti02-Al203復(fù)合納米粉體材料的制備方法，其特征在于所使用醇鹽進(jìn)行反應(yīng)時(shí)加入乙酰丙酮作為水解抑制劑，調(diào)節(jié)水解速率使反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行。全文摘要一種TiO₂-Al₂O₃復(fù)合納米粉體材料的制備方法配制出約0.1-0.5mol/L的十二烷基胺鹽酸鹽水溶液，室溫下調(diào)節(jié)其pH值至4-5，將鈦酸酯和2-異丁醇鋁兩種醇鹽按1∶1～1∶0.0625的摩爾比混合，混合均勻后加入與鈦酸酯等摩爾量的乙酰丙酮，23℃-26℃保溫?cái)嚢?0-70分鐘；再加入已配制好的十二烷基胺鹽酸鹽水溶液且按照十二烷基胺鹽酸鹽與鈦酸酯等摩爾量加入，38℃-42℃保溫?cái)嚢?0-28小時(shí)；最后在75℃-85℃保溫水熱反應(yīng)6-8天，用異丙醇洗滌，離心分離，干燥得TiO₂-Al₂O₃復(fù)合納米粉末狀產(chǎn)物。本發(fā)明制備的粉體顆粒比表面積高、孔徑分窄布和孔體積大。文檔編號(hào)B01J21/00GK101244381SQ200810020449公開日2008年8月20日申請(qǐng)日期2008年3月7日優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日發(fā)明者奚俊婷,孫岳明,鉑宋申請(qǐng)人:東南大學(xué)