以P123为表面活性剂的纳米TiO2于铝膜腔体内的合成

黄莉薇（重庆师范大学，重庆 400013）



以P123为表面活性剂的纳米TiO2于铝膜腔体内的合成

黄莉薇
（重庆师范大学，重庆 400013）

摘 要：介绍了采用溶胶-凝胶法，以三嵌段共聚物P123为表面活性剂，在阳极铝膜腔体内合成二氧化钛纳米纤维的新方法。实验测定了复合功能铝膜对N2的吸附-脱附，研究了晶化时间和煅烧温度对制备的二氧化钛纤维的形貌特征的影响。

关键词：二氧化钛；阳极氧化铝膜；吸附；溶胶-凝胶

1 前言

二氧化钛（TiO2）作为一种新型无机功能材料，由于其独特的性能，从20世纪70年代后期开始就得到了人们的广泛关注［1，2］。近年来，各种不同形貌和功能的 TiO2纳米材料被合成出来，如纳米晶、纳米管、纳米球、纳米阵列等，这些材料在实际应用中各具特色，不断地拓宽 TiO2的应用领域［3］。

TiO2制备方法较多，其中溶胶一凝胶法（sol—gel）［4］是合成纳米二氧化钛的一种十分重要的制备方法，采用该法制得的二氧化钛具有以下优点，焙烧温度低、工艺简单、分布均匀、纯度高、分散性好、副反应少等特点，但由于醇盐在水解时速度快且相当剧烈，因而较为难以控制反应的条件，易造成团聚，因此要很好的控制颗粒的形貌和尺寸是非常困难的。

纳米二氧化钛纤维因其具有较大的比表面积、独特的电学和光学特性等优势［5］受到人们的重视。本文主要采用溶胶凝胶法，通过压力诱导的方式，在阳极氧化铝膜腔体内合成出具有一维结构的二氧化钛纳米纤维，通过表征得知，其表面形成了明显的介孔，这使得材料在吸附分离领域的运用成为可能。

2 实验仪器及药品

表1 实验仪器

表2 实验药品

3 实验过程

3.1 以P123作为表面活性剂的前驱液的制备

将2.5g P123表面活性剂溶解于17.5g无水乙醇和1.9g浓盐酸的混合溶液中，移至三颈瓶中，放于30℃水浴锅中进行恒温处理，待完全溶解后，向混合溶液中缓慢滴加7.4g钛酸丁酯（TBT）溶液，在恒温水浴中晶化24h后，用无水乙醇稀释（V溶液：VETOH=2：1）。

2.3 复合功能铝膜的制备

将多孔阳极氧化铝膜放在真空抽滤的装置上，移取4mL前驱液于铝膜表面上方，然后用真空泵抽滤，使前驱液渗入到铝膜的微孔内，至前驱液完全抽干，停止抽滤，将铝膜从装置上取下，室温下干燥。将得到的功能性复合铝膜放于马弗炉中从室温程序升温至350℃，使得有机模板剂完全除去。

3 结果与讨论

3.1 纳米二氧化钛的形貌与特征

实验以晶化时间24h，完全抽干（1h），煅烧温度从室温程序升温至350℃最为理想。在此条件下合成的二氧化钛纤维有序的排列于复合铝膜腔体内，形成细长的纳米管，这使材料很好的保持了均一性。

从透射电子显微镜（TEM）照片来看，以P123为表面活性剂制备的二氧化钛纤维呈现管状形态如图1（a），通过图1（b）可以得知，介孔二氧化钛只形成在铝膜有序的孔道内，且高度有序。

图1（a）

图1（b）

实验制得的纳米二氧化钛纤维呈现标准的Ⅳ型吸附等温线（如图2），由BJH方法计算得到二氧化钛纳米纤维的孔径最大几率分布在17.31nm；孔容为0.1067mL/g；比表面积为16.993m2/g

4 反应条件的影响

4.1 晶化时间对制备的影响

当晶化时间为24h时，实验可以制得较多形貌细长的纳米管，而晶化时间为48h时，只能观察到较少并且破碎的管状，二氧化钛多以褶皱花状的大片和团聚的粒子出现。以上实验可以说明，晶化时间对产物的形貌有较大影响。

图2

4.2 抽滤时间对制备的影响

抽滤时间较短（2s），实验仅得到没有形貌的粒子，而将前驱液完全抽干后，介孔二氧化钛植入铝膜有序的孔道中，形成细长的纳米管。这一实验过程进一步说明了本实验采用的压力诱导的合成方法优于其他一些把铝膜浸泡在前驱液中，溶胶凝胶缓慢渗透到铝膜腔体内，在加热或真空状态下使凝胶固化的方法，这使材料的下一步应用成为可能。

4.3 煅烧温度对制备的影响

将得到的功能性复合铝膜从室温程序升温至300℃进行煅烧，最后得到的二氧化钛纤维只存在于铝膜腔体内，且高度有序，而煅烧至600℃后，铝膜腔体出现坍塌，材料的均一性受到破坏。此实验说明低温有利于二氧化钛纤维在复合铝膜腔体内排列。

参考文献

［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］ 张立德，解思深主编（eds.Zhang LD，Xie SS）.纳米材料和纳米结构（Nanomaterials and Nanostructures）.北京：化学工业出版社（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

中图分类号：O614.411

文献标志码：A

文章编号：1003–6490（2016）02–0040–02

收稿日期：2016–01–11

作者简介：黄莉薇（1990—），女，重庆人，工程师，主要研究方向为纳米物理与化学。