本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，特別涉及一種采用冷凍干燥制備多孔二氧化鈦納米材料的新方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，多孔二氧化鈦納米材料因其特殊的性質(zhì)而成為當(dāng)前納米科技的研究熱點(diǎn)。二氧化鈦具備綠色環(huán)保、催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、成本低、高折射率、優(yōu)異的生物相容性、光敏、氣敏等特性，在電化學(xué)、光催化、生物傳感、廢水處理以及能源領(lǐng)域等均有廣泛的應(yīng)用。二氧化鈦的研究成果可以有效地應(yīng)用到日常生活中的方方面面，給人們的生活帶來(lái)便利，提高生活質(zhì)量。

二氧化鈦的晶型分為三種：板鈦礦型、銳鈦礦型和金紅石型。目前最主要的研究方法是模板法、水熱分解法、溶劑熱法、溶膠凝膠法等，有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化鈦結(jié)構(gòu)與形態(tài)的控制。由于鈦源對(duì)反應(yīng)體系中的水較為敏感，造成水解速度過(guò)快，往往會(huì)發(fā)生顆粒的聚集，形態(tài)不規(guī)則，分散性差；溶劑熱法相對(duì)簡(jiǎn)單，但是如何控制前驅(qū)體在溶劑中的分散是個(gè)難題。模板法可以分成硬模板法和軟模板法，然而模板的去除是比較棘手的問(wèn)題。采用化學(xué)試劑去除模板，不僅會(huì)導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的改變，還會(huì)污染產(chǎn)物；煅燒法去除可以提高結(jié)晶性，但會(huì)影響材料的成型。上述這些傳統(tǒng)方法存在耗時(shí)長(zhǎng)、制備過(guò)程復(fù)雜、環(huán)境污染以及價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，因此急需要一種更為高效、綠色、廉價(jià)的方法來(lái)取代。在我們的工作中，報(bào)道了一種采用灌注液氮快速冷凍以及后續(xù)冷凍干燥的新工藝制備了分層級(jí)多孔二氧化鈦納米材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種采用冷凍干燥制備多孔二氧化鈦納米材料的新方法，以克服傳統(tǒng)方法制備步驟繁瑣、原料使用量大、周期長(zhǎng)，產(chǎn)物純度不佳等缺點(diǎn)。

本發(fā)明所提供的一種多孔二氧化鈦納米材料的新方法是：

將鈦酸四丁酯與鹽酸溶液相混合，攪拌后灌注液氮快速冷凍以及進(jìn)一步冷凍干燥處理，最后經(jīng)過(guò)煅燒即得到多孔的二氧化鈦納米材料，孔徑大小在100-300nm。

采用鈦酸四丁酯作為二氧化鈦前驅(qū)體，在鹽酸水溶解中發(fā)生水解，形成溶膠。灌注液氮使得溶膠快速冷凍，隨后進(jìn)行冷凍干燥處理，溶膠中的水成為造孔劑，液氮起到維持結(jié)構(gòu)形貌的作用，最后經(jīng)過(guò)煅燒后得到多孔的二氧化鈦納米材料。

所述的多孔二氧化鈦納米材料的制備方法，鈦酸四丁酯和1M鹽酸溶液體積比為1:2～1:6，攪拌時(shí)間為3-24h，冷凍干燥時(shí)間為12-24h，煅燒溫度為500℃，煅燒時(shí)間為4h。

所述的多孔二氧化鈦納米材料，孔徑大小在100-300nm，表面孔的分布非常均勻，具有廣泛的應(yīng)用前景。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的采用冷凍干燥制備多孔二氧化鈦納米材料的新方法，具有如下的優(yōu)越性和有益效果：

1)與傳統(tǒng)的模板法或者水熱法相對(duì)比，該方法原料使用量較少，減少了對(duì)環(huán)境的污染，此外，實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單，避免了傳統(tǒng)方法耗時(shí)長(zhǎng)、過(guò)程繁瑣等缺點(diǎn)，并且工藝成本低廉，十分有利于多孔二氧化鈦納米材料的大規(guī)模生產(chǎn)。

2)本方法制得多孔材料結(jié)構(gòu)十分優(yōu)異，孔徑均勻，分散良好，在許多領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。

附圖說(shuō)明

圖1為多孔二氧化鈦納米材料的制備流程圖：

圖2為鈦酸四丁酯：鹽酸為1:2，攪拌3小時(shí)的樣品SEM圖片：

圖3為鈦酸四丁酯：鹽酸為1:2，攪拌24小時(shí)的樣品SEM圖片。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，該領(lǐng)域的技術(shù)工程師可根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。

實(shí)施例1：

如圖1—2所示，取一只20ml的玻璃a瓶，加入1ml鈦酸四丁酯和2ml鹽酸溶液(1M)，攪拌3小時(shí)后，溶液由渾濁變澄清。將小黑瓶放置于地面上，進(jìn)行液氮的灌注，保證液體快速冷凍，隨即轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行12h的冷凍干燥。待干燥結(jié)束后，轉(zhuǎn)移小黑瓶至馬弗爐中，進(jìn)行500度煅燒處理，升溫速度為2℃/min，保溫時(shí)間為4h，降溫速度與升溫速度相同，即得到多孔二氧化鈦納米材料。

實(shí)施例2：

如圖1所示，取一只20ml的小黑瓶，加入1ml鈦酸四丁酯和4ml鹽酸溶液(1M)，攪拌3小時(shí)后，溶液由渾濁變澄清。將小黑瓶放置于地面上，進(jìn)行液氮的灌注，保證液體快速冷凍，隨即轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行12h的冷凍干燥。待干燥結(jié)束后，轉(zhuǎn)移小黑瓶至馬弗爐中，進(jìn)行500度煅燒處理，升溫速度為2℃/min，保溫時(shí)間為4h，降溫速度與升溫速度相同，即得到多孔二氧化鈦納米材料。

實(shí)施例3：

如圖1及圖3所示，取一只20ml的小黑瓶，加入1ml鈦酸四丁酯和2ml鹽酸溶液(1M)，攪拌24小時(shí)后，溶液由渾濁變澄清。將小黑瓶放置于地面上，進(jìn)行液氮的灌注，保證液體快速冷凍，隨即轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行16h的冷凍干燥。待干燥結(jié)束后，轉(zhuǎn)移小黑瓶至馬弗爐中，進(jìn)行500度煅燒處理，升溫速度為2℃/min，保溫時(shí)間為4h，降溫速度與升溫速度相同，即得到多孔二氧化鈦納米材料。

實(shí)施例4：

如圖1所示，取一只20ml的小黑瓶，加入1ml鈦酸四丁酯和6ml鹽酸溶液(1M)，攪拌6小時(shí)后，溶液由渾濁變澄清。將小黑瓶放置于地面上，進(jìn)行液氮的灌注，保證液體快速冷凍，隨即轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行24h的冷凍干燥。待干燥結(jié)束后，轉(zhuǎn)移小黑瓶至馬弗爐中，進(jìn)行500度煅燒處理，升溫速度為2℃/min，保溫時(shí)間為4h，降溫速度與升溫速度相同，即得到多孔二氧化鈦納米材料。