以P123為表面活性劑的納米TiO2于鋁膜腔體內的合成

黃莉薇（重慶師范大學，重慶 400013）

?

以P123為表面活性劑的納米TiO2于鋁膜腔體內的合成

黃莉薇
（重慶師范大學，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，在陽極鋁膜腔體內合成二氧化鈦納米纖維的新方法。實驗測定了復合功能鋁膜對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）作為一種新型無機功能材料，由于其獨特的性能，從20世紀70年代后期開始就得到了人們的廣泛關注［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，這些材料在實際應用中各具特色，不斷地拓寬 TiO2的應用領域［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點，焙燒溫度低、工藝簡單、分布均勻、純度高、分散性好、副反應少等特點，但由于醇鹽在水解時速度快且相當劇烈，因而較為難以控制反應的條件，易造成團聚，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、獨特的電學和光學特性等優勢［5］受到人們的重視。本文主要采用溶膠凝膠法，通過壓力誘導的方式，在陽極氧化鋁膜腔體內合成出具有一維結構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域的運用成為可能。

2 實驗儀器及藥品

表1 實驗儀器

表2 實驗藥品

3 實驗過程

3.1 以P123作為表面活性劑的前驅液的制備

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前驅液于鋁膜表面上方，然后用真空泵抽濾，使前驅液滲入到鋁膜的微孔內，至前驅液完全抽干，停止抽濾，將鋁膜從裝置上取下，室溫下干燥。將得到的功能性復合鋁膜放于馬弗爐中從室溫程序升溫至350℃，使得有機模板劑完全除去。

3 結果與討論

3.1 納米二氧化鈦的形貌與特征

實驗以晶化時間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合鋁膜腔體內，形成細長的納米管，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管狀形態如圖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，且高度有序。

圖1（a）

圖1（b）

實驗制得的納米二氧化鈦纖維呈現標準的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 反應條件的影響

4.1 晶化時間對制備的影響

當晶化時間為24h時，實驗可以制得較多形貌細長的納米管，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聚的粒子出現。以上實驗可以說明，晶化時間對產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），實驗僅得到沒有形貌的粒子，而將前驅液完全抽干后，介孔二氧化鈦植入鋁膜有序的孔道中，形成細長的納米管。這一實驗過程進一步說明了本實驗采用的壓力誘導的合成方法優于其他一些把鋁膜浸泡在前驅液中，溶膠凝膠緩慢滲透到鋁膜腔體內，在加熱或真空狀態下使凝膠固化的方法，這使材料的下一步應用成為可能。

4.3 煅燒溫度對制備的影響

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

參考文獻

［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）.納米材料和納米結構（Nanomaterials and Nanostructures）.北京：化學工業出版社（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

文獻標志碼：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，主要研究方向為納米物理與化學。