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基本信息

項(xiàng)目名稱：
軟化學(xué)法制備納米TiO2空心球的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本文在模板法和L-b-L自組裝法的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩者各自的優(yōu)勢(shì)，采用新型的模板導(dǎo)向-軟化學(xué)法制備TiO2空心球。旨在通過密度分析、SEM、光催化性能分析和XRD圖譜分析對(duì)制備出的材料進(jìn)行密度、形貌、光催化活性及晶型等的研究。
詳細(xì)介紹：
本文采用溶膠-凝膠法制備TiO2溶膠，用其包裹聚苯乙烯（PS）膠粒，再通過化學(xué)溶解方式除去PS膠?？芍苽涑龇忾]的TiO2空心球。在包裹過程中，隨TiO2溶膠的前驅(qū)體TiCl4濃度改變，TiO2在PS核上沉積層的厚度隨之變化。制備出的核-殼復(fù)合膠粒和空心球經(jīng)密度、SEM、光催化降解、XRD等測(cè)定可以確定其中空性質(zhì)、球形結(jié)構(gòu)、銳鈦礦晶型等特征，并具有極高的光催化活性。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

TiO2光催化材料是當(dāng)前最有應(yīng)用潛力的一種光催化劑。TiO2成空心球具有密度低、比表面積高、催化活性好、易于分離和重復(fù)使用等優(yōu)良性能。大多數(shù)的制備TiO2空心球的方法存在著工藝過程復(fù)雜、制備樣品的形貌和粒徑難控制等缺點(diǎn)，軟化學(xué)法相對(duì)于其他傳統(tǒng)方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，如工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，過程容易控制等。因此本研究通過軟化學(xué)工藝，采用新型的模板導(dǎo)向法制備TiO2空心球，并對(duì)其制備工藝進(jìn)行了研究。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本研究主要通過表面帶電荷的PS膠晶球和在堿性溶液中形成的無機(jī)前驅(qū)體之間的靜電吸引作用形成均勻包覆層，且包覆層的形成和模板的溶解在同一種介質(zhì)中進(jìn)行，可解決模板去除過程中嚴(yán)重團(tuán)聚或晶粒生長(zhǎng)的出現(xiàn)，在一定程度上真正實(shí)現(xiàn)TiO2空心球的尺寸更小、結(jié)構(gòu)更完善、性能更優(yōu)，為其進(jìn)一步在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。同時(shí)模板導(dǎo)向法也可在其它無機(jī)納米空心球殼結(jié)構(gòu)材料的制備上有所借鑒。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

采用模板導(dǎo)向—軟化學(xué)法制備TiO2空心球，既綜合了模板法和L—b—L自組裝法制備空心球的優(yōu)點(diǎn)，又摒棄了形貌難控及過程繁瑣等弊端。通過廉價(jià)的原料，采用簡(jiǎn)單的工藝，實(shí)現(xiàn)納米TiO2空心球的可控制備及性能優(yōu)化，為其進(jìn)一步在光、電材料，包覆材料，反應(yīng)工程，藥物、染料的緩釋，化學(xué)建材等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。同時(shí)該方法也可在其它納米空心球殼結(jié)構(gòu)材料的制備上有所借鑒。

學(xué)術(shù)論文摘要

TiO2空心球不僅具有超細(xì)粉體的高比表面和高活性，而且密度低、易回收、使用壽命長(zhǎng)，是一類具有廣闊應(yīng)用前景和應(yīng)用空間的新型材料，如應(yīng)用于光子帶隙，催化劑，白色顏料納米反應(yīng)器，化學(xué)傳感器，能量轉(zhuǎn)換，吸附介質(zhì)及過濾器等。開展有關(guān)TiO2空心球的制備及其形貌機(jī)理的研究，是能否實(shí)現(xiàn)其在上述領(lǐng)域高效應(yīng)用的必要前提。 本文在Chen M等制備SiO2空心球方法的基礎(chǔ)上，綜合了模板法和L—b—L自組裝法制備空心球的優(yōu)點(diǎn)，采用模板導(dǎo)向—軟化學(xué)法制備納米TiO2空心球，通過表面帶正電荷的PS膠晶球和在堿性溶液中形成的無機(jī)前驅(qū)體之間的靜電吸引作用形成均勻包覆層，而膠晶模板的去除通過控制所加堿溶液（如氨水）的量來實(shí)現(xiàn)的。該方法摒棄了模板法和L—b—L自組裝法的形貌難控及過程繁瑣等弊端，通過調(diào)整工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了空心球的形貌、尺寸等可控。 在包裹過程中，隨TiO2溶膠的前驅(qū)體TiCl4濃度改變，TiO2在PS核上沉積層的厚度隨之變化。制備出的核-殼復(fù)合膠粒和空心球經(jīng)密度、SEM、光催化降解、XRD等測(cè)定可以確定其中空球形結(jié)構(gòu)，煅燒后具有銳鈦礦晶型等特征，并有極高的光催化活性。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

無機(jī)空心球，是一種與常見的實(shí)心球迥然不同的特殊結(jié)構(gòu)材料，這種特殊結(jié)構(gòu)賦予了無機(jī)空心球材料輕質(zhì)、隔熱、吸聲、降噪等特性和功能。人們從粉煤灰漂珠的形成環(huán)境中獲得啟示，開始有意識(shí)地研究無機(jī)空心球的制備方法，并將這種輕質(zhì)高強(qiáng)度的空心結(jié)構(gòu)材料成功地應(yīng)用于材料填充、核燃料容器、水資源凈化、電流變液、吸聲阻尼材料等領(lǐng)域。隨著材料科學(xué)與其它學(xué)科的融合，越來越多的具有空心結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料被開發(fā)，這類結(jié)構(gòu)獨(dú)特的材料的特性也逐漸為人們所認(rèn)知，各種制備方法的研究層出不窮，其應(yīng)用領(lǐng)域也日益拓展。 到目前為止，關(guān)于聚合物空心球材料的制備研究較成熟，且其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、化妝品工業(yè)等領(lǐng)域。相比較之下，對(duì)于無機(jī)空心球領(lǐng)域的研究則比較欠缺。而無機(jī)材料因其在自然界中存在及應(yīng)用的廣泛性，其空心球的制備及應(yīng)用研究將具有更高的價(jià)值。因此有必要借鑒聚合物空心球材料的研究方法改進(jìn)制備工藝，設(shè)計(jì)和制備新型的無機(jī)材料空心球并使該結(jié)構(gòu)材料向著材料類型更多、尺寸更小、結(jié)構(gòu)更完善、性能更優(yōu)的方向發(fā)展，將是今后研究的熱點(diǎn)。 關(guān)于TiO2空心球制備方法主要是模板法和由模板法發(fā)展而來的L-b-L自組裝法。模板法所得球的尺寸、幾何形態(tài)、壁厚及其均一性都很難控制，使這些材料的應(yīng)用及其商品化受到很大限制。模板法對(duì)于TiO2空心球的制備顯出一些缺點(diǎn)，如覆層的結(jié)構(gòu)不規(guī)則。TiO2粒子聚集，殼層厚度可控率低，并且會(huì)形成二次TiO2粒子。這些缺點(diǎn)可歸因于TiO2溶膠前驅(qū)體比其它陶瓷的材料相對(duì)活性高。而L-b-L自組裝法除需嚴(yán)格控制殼層材料的組分及其微觀結(jié)構(gòu)，它最大的局限在于聚電解質(zhì)的多次吸附和洗滌提純過程繁瑣，因此相當(dāng)費(fèi)時(shí)。 盡管先前對(duì)TiO2空心球已有廣泛研究，但開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單、快捷和可行的制備均一、高密度和厚殼層的TiO2空心球的方法仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，模板導(dǎo)向—軟化學(xué)法的采用不僅解決了模板去除過程中，嚴(yán)重團(tuán)聚或晶粒生長(zhǎng)的出現(xiàn)，也可在一定程度上真正實(shí)現(xiàn)TiO2空心球的尺寸更小、結(jié)構(gòu)更完善、性能更優(yōu)，為其進(jìn)一步在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。同時(shí)該方法也可在其它納米空心球殼結(jié)構(gòu)材料的制備上有所借鑒
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