專利名稱：二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料及制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料及制備方法和用途，屬于無(wú)機(jī) 材料催化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著當(dāng)前社會(huì)進(jìn)步的日益加速，工業(yè)廢水，汽車(chē)尾氣和生活垃圾對(duì)環(huán)境的危害更 加嚴(yán)重，并且嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的健康，治理或者控制污染排放，已成為全球共同關(guān)注的課 題。1998年，在G. D. Stucky等ω首次報(bào)道采用非離子型的三嵌段聚合Ρ123 (聚氧乙 烯聚氧丙烯共聚物)在酸性條件下合成了比表面，有序度高的六方相SBA-15介孔材料以 來(lái)，人們對(duì)介孔材料合成及其在分子篩，催化，吸附，電極材料，磁性材料等應(yīng)用方面進(jìn)行日 益廣泛的研究。由于軟模板組裝的介孔材料具有可調(diào)孔徑，高比表面積，穩(wěn)定性好，合成簡(jiǎn) 單而備受關(guān)注。軟模板組裝的介孔薄膜材料不僅可以提高客體分子的內(nèi)外傳輸速率，增大 接觸面積，同時(shí)利于提高催化性能，電化學(xué)性能和磁學(xué)性能。因此，這種軟模板組裝的介孔 薄膜材料用作催化劑，半導(dǎo)體材料，傳感器，電極材料和磁性材料具有更廣闊的應(yīng)用前景。從近年來(lái)的專利申請(qǐng)看，二氧化鈦光催化的應(yīng)用領(lǐng)域以涂料居多，如美國(guó)專 利 US6653356(2003. 11. 25 公開(kāi))、日本專利 JP2003275601 (2003. 9. 30 公開(kāi))、歐洲專利 EP1316532(2003. 6. 4公開(kāi))等均為最新二氧化鈦光催化涂料的專利報(bào)道。但是由于二氧化 鈦材料本身的低量子效應(yīng)和寬禁帶(3. 0 3. 2ev)，其光催化性能比較低。隨后出現(xiàn)貴金 屬Au摻雜的介孔二氧化鈦粉體材料(J. Am. Chem. Soc. 2007，129，4538)，采用非離子型的三 嵌段聚合P123為導(dǎo)向劑，以TiCl4為前驅(qū)體，AuCl3為金源，通過(guò)表面活性劑自組裝以及隨 后熱處理制備介孔二氧化鈦摻金粉體材料。這種方法制備的粉體材料催化性能依然不夠理 想，實(shí)用性差。之后國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)相關(guān)高效光催化性能的研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料及制備方法和用 途，目前尚無(wú)此類(lèi)相關(guān)材料報(bào)道。本發(fā)明涉及的具有高效催化性能的二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料具有如下 組成及結(jié)構(gòu)特征二氧化鈦材料具有介孔結(jié)構(gòu)，孔道尺寸2 lOnm，孔徑分布狹窄，呈垂直孔狀，金 的裝載根據(jù)需要可在0. OOOl 10% (質(zhì)量百分比)間調(diào)節(jié)。本發(fā)明的二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料的制備方法包括以下步驟按照下述摩爾百分比，將有機(jī)模板KLE完全溶于乙醇和四氫呋喃溶液超聲5分 鐘 2小時(shí)。0.2 IOnm 金顆粒0.0001% 10%四氯化鈦0.01% 10%
KLE非離子型模板30 % 99 %四氫呋喃0.01% 5%乙醇0.1% 10%去離子水0.01% 5%將納米金顆粒分散于乙醇溶液中，然后加入(1)溶液中，攪拌10 50分鐘。按照上述摩爾百分比，將四氯化鈦滴加于上述溶液中，攪拌1 4小時(shí)。通過(guò)浸漬涂布法，在硅基或者FTO玻璃上制備薄膜，拉膜速度1 15毫米每秒，濕 度條件5 30%。干燥，煅燒結(jié)晶3 18小時(shí)，煅燒溫度控制在300 700°C。本發(fā)明具有高效催化性能，可用于催化劑，特別用于處理環(huán)境污染的高效催化劑。


圖1本發(fā)明提供的高效催化性能的二氧化鈦金顆粒復(fù)合的介孔薄膜材料的工藝 流程圖2本發(fā)明提供的二氧化鈦金顆復(fù)合介孔薄膜材料在不同金源的掃描電鏡照片 (a)介孔二氧化鈦薄膜，未摻入金；(b)介孔二氧化鈦04%金復(fù)合薄膜，金顆粒為金源；(c) 介孔二氧化鈦金復(fù)合薄膜，氯化金為金源。說(shuō)明此材料為介孔薄膜材料，金顆粒分散于 介孔薄膜中。圖3本發(fā)明提供的二氧化鈦金復(fù)合介孔薄膜材料一維小角XRD散射(圖3B)，二氧 化鈦薄膜00.1% (紅線)；(藍(lán)線)；(黑線)以上金源為金顆粒；(綠線)； §10% (灰線)這兩種金源為氯化金；和二氧化鈦00. 金顆粒薄膜的二維小角XRD散射 (插圖3A，圖3C)。一維小角XRD散射曲線說(shuō)明隨著金顆粒量的增加，介孔有序性消失，被破 壞掉；在含金量為4%的介孔薄膜材料中，其介孔孔道依然保持有序性。二維小角XRD散射 說(shuō)明在薄膜平面方向(xy平面)以及厚度方向(xz平面)依然保持孔的形貌，孔沒(méi)有被破 壞。圖4本發(fā)明提供的二氧化鈦金顆粒復(fù)合的介孔薄膜材料在不同金源和金含量下 的XRD圖譜，說(shuō)明薄膜材料中二氧化鈦結(jié)晶為銳鈦礦型。圖5本發(fā)明提供的不同金源種類(lèi)和含量的二氧化鈦@金顆粒復(fù)合的介孔薄膜材料 對(duì)羅丹明B(紅線)和亞甲基藍(lán)(藍(lán)線)的催化降解作用。圖中實(shí)線表示金顆粒為金源，虛 線表示氯化金為金源。這說(shuō)明二氧化鈦金顆粒介孔薄膜對(duì)有機(jī)物的催化性能最好，遠(yuǎn) 優(yōu)于以氯化金為金源的介孔薄膜材料催化性能。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。在以下實(shí)施例和對(duì)比例中，用有機(jī)物降解時(shí)間表示材料的催化性能，這一數(shù)值越低，說(shuō)明材料催化性越好；表1 實(shí)施例1 在常壓下，分別按照以下表1中指定的各組分將有機(jī)模板KLE溶于乙醇和四氫呋 喃的混合物中，超聲20分鐘，直到有機(jī)模板完全溶解，加入懸浮于乙醇中的納米金顆粒，緩 慢滴加入四氯化鈦，攪拌10分鐘，所得到的溶液經(jīng)過(guò)4小時(shí)的攪拌后，制成薄膜的前驅(qū)溶 液。采用浸漬涂布法，在硅基底上制備薄膜，在80°C的空氣環(huán)境中干燥2小時(shí)，使得溶劑蒸 發(fā)從而得到均勻的薄膜。此后將薄膜置于30(TC的空氣環(huán)境中焙燒12小時(shí)，后5°C每秒升 溫到500°C，然后以10°C每秒升溫到610°C，保溫1分鐘，隨后降溫。得到厚度為100 200 納米的介孔二氧化鈦@金顆粒復(fù)合的薄膜，金顆粒的摩爾含量為4%。然后，測(cè)試薄膜的催 化性，在表1中列出了測(cè)試結(jié)果。實(shí)施例2按以下表1中指定的各組分含量重復(fù)實(shí)施例1的方法，但納米金的加入量減少，控 制金顆粒的摩爾含量為0. 1%，在表1中列出了測(cè)試結(jié)果。實(shí)施例3按以下表1中指定的各組分含量重復(fù)實(shí)施例1的方法，但未加入納米金顆粒，在表 1中列出了測(cè)試結(jié)果。對(duì)比例1按以下表1中指定的各組分含量重復(fù)實(shí)施例1的方法，但薄膜的金源為三水合氯 化金AuCl3 · 3H20，金的摩爾含量為4%，在表1中列出了測(cè)試結(jié)果。對(duì)比例2按以下表1中指定的各組分含量重復(fù)實(shí)施例1的方法，但薄膜的金源為三水合氯化金AuCl3 ·3Η20，并且減少金的加入量，控制金的摩爾含量為10%，在表1中列出了測(cè)試結(jié)果。
權(quán)利要求
二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料，其特征在于，二氧化鈦材料具有介孔結(jié)構(gòu)，孔道尺寸2～10nm，金質(zhì)量百分比在0.0001～10％。
2.二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)按照下述摩爾百分比，將有機(jī)模板KLE完全溶于乙醇和四氫呋喃溶液超聲5分鐘 2小時(shí)；0.2 IOnm 金顆粒0.0001% 10%四氯化鈦0.01% 10%KLE非離子型模板30 % 99 %四氫呋喃0.01% 5%乙醇0.1% 10%去離子水0.01% 5%(2)將納米金顆粒分散于乙醇溶液中，然后加入(1)溶液中，攪拌10 50分鐘；(3)按照上述摩爾百分比，將四氯化鈦滴加于上述溶液中，攪拌1 4小時(shí)；(4)通過(guò)浸漬涂布法，在硅基或者FTO玻璃上制備薄膜，拉膜速度1 15毫米每秒，濕 度條件5 30% ；(5)干燥，煅燒結(jié)晶3 18小時(shí)。
3.按權(quán)利要求2所述的二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料的制備方法，其特征在于， 所述的煅燒溫度控制在300 700°C。
4.按權(quán)利要求1所述的二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料用于催化劑領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料，其特征在于，二氧化鈦材料具有介孔結(jié)構(gòu)，孔道尺寸2～10nm，金質(zhì)量百分比在0.0001～10％。本發(fā)明采用有機(jī)模板法制備，制備的二氧化鈦金顆粒復(fù)合介孔薄膜材料本發(fā)明具有高效催化性能，可用于催化劑，特別用于處理環(huán)境污染的高效催化劑。
文檔編號(hào)B01J35/00GK101837290SQ200910047889
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者施劍林, 趙晉津, 陳航榕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所