黃莉薇（重慶師范大學(xué)，重慶 400013）

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以P123為表面活性劑的納米TiO2于鋁膜腔體內(nèi)的合成

黃莉薇
（重慶師范大學(xué)，重慶 400013）

摘 要：介紹了采用溶膠-凝膠法，以三嵌段共聚物P123為表面活性劑，在陽極鋁膜腔體內(nèi)合成二氧化鈦納米纖維的新方法。實(shí)驗(yàn)測定了復(fù)合功能鋁膜對N2的吸附-脫附，研究了晶化時間和煅燒溫度對制備的二氧化鈦纖維的形貌特征的影響。

關(guān)鍵詞：二氧化鈦；陽極氧化鋁膜；吸附；溶膠-凝膠

1 前言

二氧化鈦（TiO2）作為一種新型無機(jī)功能材料，由于其獨(dú)特的性能，從20世紀(jì)70年代后期開始就得到了人們的廣泛關(guān)注［1，2］。近年來，各種不同形貌和功能的 TiO2納米材料被合成出來，如納米晶、納米管、納米球、納米陣列等，這些材料在實(shí)際應(yīng)用中各具特色，不斷地拓寬 TiO2的應(yīng)用領(lǐng)域［3］。

TiO2制備方法較多，其中溶膠一凝膠法（sol—gel）［4］是合成納米二氧化鈦的一種十分重要的制備方法，采用該法制得的二氧化鈦具有以下優(yōu)點(diǎn)，焙燒溫度低、工藝簡單、分布均勻、純度高、分散性好、副反應(yīng)少等特點(diǎn)，但由于醇鹽在水解時速度快且相當(dāng)劇烈，因而較為難以控制反應(yīng)的條件，易造成團(tuán)聚，因此要很好的控制顆粒的形貌和尺寸是非常困難的。

納米二氧化鈦纖維因其具有較大的比表面積、獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)特性等優(yōu)勢［5］受到人們的重視。本文主要采用溶膠凝膠法，通過壓力誘導(dǎo)的方式，在陽極氧化鋁膜腔體內(nèi)合成出具有一維結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米纖維，通過表征得知，其表面形成了明顯的介孔，這使得材料在吸附分離領(lǐng)域的運(yùn)用成為可能。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

表1 實(shí)驗(yàn)儀器

表2 實(shí)驗(yàn)藥品

3 實(shí)驗(yàn)過程

3.1 以P123作為表面活性劑的前驅(qū)液的制備

將2.5g P123表面活性劑溶解于17.5g無水乙醇和1.9g濃鹽酸的混合溶液中，移至三頸瓶中，放于30℃水浴鍋中進(jìn)行恒溫處理，待完全溶解后，向混合溶液中緩慢滴加7.4g鈦酸丁酯（TBT）溶液，在恒溫水浴中晶化24h后，用無水乙醇稀釋（V溶液：VETOH=2：1）。

2.3 復(fù)合功能鋁膜的制備

將多孔陽極氧化鋁膜放在真空抽濾的裝置上，移取4mL前驅(qū)液于鋁膜表面上方，然后用真空泵抽濾，使前驅(qū)液滲入到鋁膜的微孔內(nèi)，至前驅(qū)液完全抽干，停止抽濾，將鋁膜從裝置上取下，室溫下干燥。將得到的功能性復(fù)合鋁膜放于馬弗爐中從室溫程序升溫至350℃，使得有機(jī)模板劑完全除去。

3 結(jié)果與討論

3.1 納米二氧化鈦的形貌與特征

實(shí)驗(yàn)以晶化時間24h，完全抽干（1h），煅燒溫度從室溫程序升溫至350℃最為理想。在此條件下合成的二氧化鈦纖維有序的排列于復(fù)合鋁膜腔體內(nèi)，形成細(xì)長的納米管，這使材料很好的保持了均一性。

從透射電子顯微鏡（TEM）照片來看，以P123為表面活性劑制備的二氧化鈦纖維呈現(xiàn)管狀形態(tài)如圖1（a），通過圖1（b）可以得知，介孔二氧化鈦只形成在鋁膜有序的孔道內(nèi)，且高度有序。

圖1（a）

圖1（b）

實(shí)驗(yàn)制得的納米二氧化鈦纖維呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ型吸附等溫線（如圖2），由BJH方法計算得到二氧化鈦納米纖維的孔徑最大幾率分布在17.31nm；孔容為0.1067mL/g；比表面積為16.993m2/g

4 反應(yīng)條件的影響

4.1 晶化時間對制備的影響

當(dāng)晶化時間為24h時，實(shí)驗(yàn)可以制得較多形貌細(xì)長的納米管，而晶化時間為48h時，只能觀察到較少并且破碎的管狀，二氧化鈦多以褶皺花狀的大片和團(tuán)聚的粒子出現(xiàn)。以上實(shí)驗(yàn)可以說明，晶化時間對產(chǎn)物的形貌有較大影響。

圖2

4.2 抽濾時間對制備的影響

抽濾時間較短（2s），實(shí)驗(yàn)僅得到?jīng)]有形貌的粒子，而將前驅(qū)液完全抽干后，介孔二氧化鈦植入鋁膜有序的孔道中，形成細(xì)長的納米管。這一實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)一步說明了本實(shí)驗(yàn)采用的壓力誘導(dǎo)的合成方法優(yōu)于其他一些把鋁膜浸泡在前驅(qū)液中，溶膠凝膠緩慢滲透到鋁膜腔體內(nèi)，在加熱或真空狀態(tài)下使凝膠固化的方法，這使材料的下一步應(yīng)用成為可能。

4.3 煅燒溫度對制備的影響

將得到的功能性復(fù)合鋁膜從室溫程序升溫至300℃進(jìn)行煅燒，最后得到的二氧化鈦纖維只存在于鋁膜腔體內(nèi)，且高度有序，而煅燒至600℃后，鋁膜腔體出現(xiàn)坍塌，材料的均一性受到破壞。此實(shí)驗(yàn)說明低溫有利于二氧化鈦纖維在復(fù)合鋁膜腔體內(nèi)排列。

參考文獻(xiàn)

［1］ Fujishima A，Honda K.Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode［J］.Nature，1972，238：37.

［2］ Chen X，Mao S S.Titanium Dioxide Nanomaterials：Synthesis，Properties，Modifications and Applications［J］.Chem.Rev.，2007，107：2891.

［3］ O’Regan，Honda K.A Low-cost，high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2films［J］.Nature，1991，737-739.

［4］ Chen K Y，Chen Y W.Synthesis of Spherical Titanium Dioxide Particles by Homogeneous Precipitation in Acetone Solution［J］.Journal of Sol-Gel Science and Technology，2003，27：111.

［5］ 張立德，解思深主編（eds.Zhang LD，Xie SS）.納米材料和納米結(jié)構(gòu)（Nanomaterials and Nanostructures）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社（Beijing：Chemical Industry Press），2005.113-160.

Synthetic Surfactant to P123 Nano TiO2in Aluminum Cavity

Huang Li-wei

Abstract：This paper introduces the sol-gel method titania new，triblock copolymer P123 as surfactant，in an aluminum anode chamber synthetic nanofibers.Experimental determination of aluminum composite function of N2adsorption-desorption，the influence of calcination temperature and crystallization time on morphology of prepared titania fiber of.

Key words：titanium dioxide；anodic alumina membrane；adsorption；sol-gel

中圖分類號：O614.411

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1003–6490（2016）02–0040–02

收稿日期：2016–01–11

作者簡介：黃莉薇（1990—），女，重慶人，工程師，主要研究方向?yàn)榧{米物理與化學(xué)。