專(zhuān)利名稱(chēng)：一種綠色仿生制備二氧化鈦納米材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適量的三氯化鈦溶液在生物模板存在下，于低溫下靜置若干天，洗滌，過(guò)濾，干燥即得不同晶型的二氧化鈦納米材料，進(jìn)一步煅燒所得二氧化鈦納米材料的結(jié)晶度提高，但仍保持原有晶型；且生物模板不同，呈現(xiàn)的微觀形貌也不同。
背景技術(shù)：
二氧化鈦由于自身無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)腐蝕性、表面活性大、催化效率高、具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，而被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生保健領(lǐng)域、光催化、太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、電致變色器件等方面。但是材料的分散性、顆粒大小、比表面積、親水性、表面功能化、導(dǎo)電性等特點(diǎn)，尤其是其生物相容性深受制備方法和煅燒工藝的影響。而如何精確調(diào)控TiO2的微觀結(jié)構(gòu)和粒子的晶體型態(tài)，有效提高材料的生物相容性和光化學(xué)、電化學(xué)性能也成為T(mén)iO2研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前制備TiO2的方法主要為化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠、蒸發(fā)、濺射、電化學(xué)法等。傳統(tǒng)制備二氧化鈦納米材料的方法主要有溶膠-凝膠法、水熱-溶劑熱法、高溫氣相反應(yīng)法等。其中溶膠-凝膠法因工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度高、均勻性好，應(yīng)用最廣。但由于要以鈦醇鹽為原料，又要加入大量的有機(jī)試劑，因此成本高，同時(shí)由于凝膠的生成，有機(jī)試劑不易逸出，干燥、燒結(jié)過(guò)程易產(chǎn)生碳污染。另外，對(duì)于困擾已久的團(tuán)聚問(wèn)題，局部表面化學(xué)反應(yīng)、機(jī)械化學(xué)反應(yīng)及用表面活性劑或聚合物包覆等都不能從根本上解決；水熱-溶劑熱法能直接制得結(jié)晶良好且純度高的粉體，不需作高溫煅燒處理，避免了粉體的硬團(tuán)聚，而且通過(guò)改變工藝條件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體粒徑、晶型等特性的控制。然而，水熱法是高溫、高壓下的反應(yīng)，對(duì)設(shè)備要求高，操作復(fù)雜，能耗較大，因而成本偏高；高溫氣相反應(yīng)法制備的納米粉體產(chǎn)品純度高，粒徑小，表面活性大，分散性好，團(tuán)聚程度較小，自動(dòng)化程度高，但其制備溫度較高，腐蝕嚴(yán)重，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求苛刻，對(duì)工藝參數(shù)控制要求準(zhǔn)確，因此產(chǎn)品成本較高。尋找一種反應(yīng)條件溫和，易于操作，簡(jiǎn)單方便的方法來(lái)制備二氧化鈦納米材料，并對(duì)產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)和粒子晶體型態(tài)進(jìn)行有目的調(diào)控， 成了二氧化鈦制備中的關(guān)鍵問(wèn)題。仿生制備是近年來(lái)新生的一個(gè)研究課題，始于20世紀(jì)90年代，是模擬生物礦化過(guò)程，在有機(jī)物的調(diào)制下合成無(wú)機(jī)化合物的新方法。仿生合成可以對(duì)材料的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確調(diào)控，使之具有獨(dú)特精致的納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善無(wú)機(jī)材料的傳遞行為、催化活性、分離效率、儲(chǔ)存和釋放動(dòng)力學(xué)等諸多特征。此外隨著對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高，發(fā)展一種可靠的、綠色可控的納米材料的合成方法也是未來(lái)納米技術(shù)的重要發(fā)展方向。一個(gè)極其引人注目的新思路就是利用一系列天然物質(zhì)(如DNA、蛋白質(zhì)、多糖、病毒、細(xì)菌、硅藻、昆蟲(chóng)翅膀、花粉、真菌和海綿等)仿生合成納米功能材料，這種方法合成環(huán)境溫和可控，生物相容性好，為合成高生物相容性微納米三維尺度的多孔無(wú)機(jī)功能材料提供了可能。這類(lèi)特殊的材料在光電轉(zhuǎn)換、化學(xué)催化及藥物緩釋等方面顯示出較常規(guī)材料更為優(yōu)異的性能，在能源、催化、傳感器制造以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示出誘人的應(yīng)用前景，是近年來(lái)生物和材料學(xué)科交叉研究的一大熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)便、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、產(chǎn)率高、形貌和晶體結(jié)構(gòu)可控的制備二氧化鈦的方法。本發(fā)明人在研究仿生合成的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)利用生物大分子或生物組織為模板在低溫即可以合成具有不同晶體結(jié)構(gòu)和特殊形貌的二氧化鈦納米材料，進(jìn)一步的煅燒使材料的結(jié)晶度提高，但晶體結(jié)構(gòu)保持不變。本發(fā)明制備二氧化鈦納米材料的方法是一種綠色仿生制備法，它是將適量的三氯化鈦、蛋清、花粉或者酵母等生物模板加入到蒸餾水中攪拌均勻，在低溫下靜置若干天，洗滌，過(guò)濾，干燥，煅燒制得了不同晶型、不同形貌的二氧化鈦納米材料。本發(fā)明的綠色仿生制備二氧化鈦納米材料的方法反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、無(wú)需特殊的儀器和實(shí)驗(yàn)條件，而且模板廉價(jià)、易得、環(huán)保、容易去除，制得二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)和形貌可控，并且重復(fù)性高。


圖1為所制得樣品的XRD圖。圖2為以蛋清為模板所制備的二氧化鈦納米材料煅燒后樣品的掃描電鏡照片。圖3為以花粉為模板所制備的二氧化鈦納米材料煅燒后樣品的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
以蛋清為模板:準(zhǔn)確稱(chēng)取0.227 g蛋清，將其加入到80 mL蒸餾水中，攪拌均勻，然后再加入3 mL三氯化鈦溶液，于室溫下靜置3天，洗滌，過(guò)濾，干燥即得銳鈦型二氧化鈦納米材料；一定溫度煅燒后材料的結(jié)晶度提高，但仍保持了銳鈦礦型二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)，且為尺寸分布均勻的納米小顆粒；`
實(shí)施例二
以花粉為模板:準(zhǔn)確稱(chēng)取0.227 g花粉，將其加入到80 mL蒸餾水中，攪拌均勻，然后再加入3 mL三氯化鈦溶液，于室溫下靜置3天，洗滌，過(guò)濾，干燥即得金紅石型二氧化鈦納米材料；一定溫度煅燒后材料的結(jié)晶度提高，但仍保持了金紅石型的二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)，且由小的納米棒聚集成簇狀。
權(quán)利要求
1.一種仿生合成法制備不同晶型，不同形貌的二氧化鈦納米材料的方法，其特征在于:其制備步驟如下: 向水中加入生物模板和三氯化鈦溶液，攪拌均勻，所述的生物模板包括蛋清，植物花粉和酵母等真菌，生物模板的濃度為0.001 g/ mL 0.2 g/ mL，三氯化鈦溶液與水的體積比為1:8 80; 將上述溶液于4 40攝氏度下靜置I 7天，直至出現(xiàn)白色沉淀，洗滌，過(guò)濾，干燥，不經(jīng)過(guò)煅燒即得一定晶型的二氧化鈦納米材料；煅燒后材料的結(jié)晶度提高，但仍保持了煅燒前的晶體結(jié)構(gòu)，且為尺寸 分布均勻。
全文摘要
一種綠色仿生制備二氧化鈦納米材料的方法，它是將適量的三氯化鈦，蛋清、花粉或者酵母生物模板加入到水中攪拌均勻，在低溫下靜置若干天，洗滌，過(guò)濾，干燥即得不同晶體結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米材料，進(jìn)一步的煅燒所得二氧化鈦納米材料結(jié)晶度提高，但仍保持原有晶體結(jié)構(gòu)，且所用生物模板不同，所得材料呈現(xiàn)不同的微觀形貌。該方法反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、無(wú)需特殊的儀器和實(shí)驗(yàn)條件，而且模板廉價(jià)、易得、環(huán)保、容易去除，制得二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)和形貌可控，且重復(fù)性高。
文檔編號(hào)C01G23/053GK103101971SQ201110355498
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者包淑娟, 雷超 申請(qǐng)人:新疆大學(xué)