基本信息
- 项目名称：
- 介孔纳米二氧化钛的高效快速合成新方法—聚合物辅助快速溶胶凝胶法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 溶胶凝胶法是制备零维到三维材料的湿化学制备反应方法，在制备纳米材料中有着独特的应用，但是，溶胶凝胶法也有诸多不足之处，一个重要的缺点是工艺过程时间较长，有时可达数天及数周。因此，本实验小组研究了改进的溶胶凝胶方法，在不保留原有优点的情况下以期解决凝胶时间从传统方法的几天缩短为1小时以内。这为溶胶凝胶法的应用提供更大的便利。
- 详细介绍：
- 本小组发明了以高分子量聚合物聚丙烯酰胺等与钛酸丁酯的水解产物形成氢键，加之大分子的流动性差，形成氢键后将大分子链物理交联起来。在短时间内形成复合凝胶。该法将凝胶时间从传统的几天极大地缩短至一小时以内，提高了实验研究效率。并且该法制备的纳米二氧化钛颗粒粒径更小，具有介孔孔道和较大的比表面积，从而具有比传统溶胶凝胶法制备的纳米二氧化钛更好的光催化性能。对实验室采用类似方法制备纳米材料具有重要意义，对实际生产也有重要参考价值。
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撰写目的和基本思路
- 利用高分子量聚合物黏度大、不易流动的特点，结合制备介孔纳米二氧化钛需要模板剂而设计了一种快速溶胶凝胶法。该法选用分子量大，含有氮、氧等含孤对电子原子的聚合物作为模板剂。利用钛酸丁酯水解后的产物与聚合物形成氢键，将大分子链以物理交联的形式连接起来，形成空间网状结构。大分子失去流动性快速凝胶，同时二氧化钛溶胶被网络分割开来，纳米粒子的生长空间受到限制，制备的纳米粒子粒径更小。
科学性、先进性及独特之处
- 根据高分子量聚合物分子链段不易流动的特点，本小组经过实验确立了以聚丙烯酰胺等含有孤对电子基团的聚合物作为模板剂，同时利用钛酸四丁酯水解产物与聚合物分子链中的氧原子、氮原子形成氢键等超分子作用力，导致原本已溶解的高分子链段运动变得更加困难，在短时间内形成复合凝胶。复合凝胶形成的网络将钛酸丁酯水解产物分隔开，形成纳米粒子的生长空间，并限制纳米粒子的生长，从而获得一次粒径更小的纳米二氧化钛。
应用价值和现实意义
- 1.对实验室研究而言，可以降低采用溶胶凝胶法制备纳米材料的制备周期，缩短实验时间，为溶胶凝胶法的进一步发展和改进提供参考，而且对其它纳米材料的制备也有重要参考价值。 2.该法克服了溶胶凝胶法因为制备时间长而应用受到限制，而且此法聚合物用量非常少，并不会过多地增加成本，而且产品具有良好的性能。因此采用快速溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛具有很好的应用前景，有望成为一种有效的纳米二氧化钛制备工艺。
学术论文摘要
- 本研究小组以钛酸丁酯为钛源，聚丙烯酰胺（MW=3000000）作为模板剂，设计了一种新型的快速溶胶凝胶法，将溶胶凝胶时间从传统方法的几天缩短至1小时以内。采用该法制备的介孔纳米二氧化钛具有蠕虫状孔道和100 m2/g以上的比表面积。该法有以下优点：1.以钛酸丁酯水解物与聚合物形成分子间氢键导致聚合物交联，凝胶时间大大缩短，提高了实验效率；2.保存传统溶胶凝胶法的优点，只是在模板剂的选取上做了一定的限定，并且用量很少；3.聚合物凝胶网络有效地限制纳米粒子的生长空间，抑制晶粒的长大；4.该法制备的介孔纳米二氧化钛比传统溶胶凝胶法制备的纳米二氧化钛具有更好的光催化性能,具有一定的工业生产潜力。
获奖情况
- 1.参加2010年第九届中国国际纳米科技（西安）研讨会, 采用快速溶胶凝胶法制备、题为“Fe3+、N共掺杂介孔纳米二氧化钛的制备与表征”的论文被会议收录 2.申请两项国家专利已被受理，名称分别为： （1）一种快速溶胶凝胶法合成介孔纳米二氧化钛的方法，申请号：201110150643.0 （2）快速溶胶凝胶制备铁-氮共掺杂介孔纳米二氧化钛的方法，申请号：201110150642.6
鉴定结果
- 1.论文被大会收录 2.专利申请被受理
参考文献
- 1.现有纳米二氧化钛的工业制备工艺，包括气相法和液相法等。《纳米化工产品生产技术》，童忠良，2006年8月版，第214-220页。 2.快速溶胶凝胶制备镍/铝气凝胶催化剂。Nockel-alumina aerogel catalysts prepared by fast sol-gel synthesis. Dong Jin Suh, Tae-Jin Park, etc. Journal of Non-Crystalline Solids. 225(1998),168-172. 3.Fast sol-gel synthesis of LiFeP4 /C for high power lithium-ion batteries for hybrid electric vehicle application. Sabina Beninati, LiberoDamen, MarinaMastragostino Journal of Power Sources, 194 (2009),1094-1098. 4.Sol-gel-based carbon/silicon carbid. V. Liedtke, I.Huertas Olivares, M.Langer,Y.F. Haruvy. Journal of the European Ceramic Society. 27(2007)：1267-1272. 5.An improvement on sol-gel method for preparing ultrafine and crystallized titania powder. Liu X H, Yang J, Wang L, Yang X J, Lu L D, Wang X. Mater.Sci.&Eng.A,2000,289(1-2):241-245
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