水相一步合成锐钛矿型晶化二氧化钛纳米核壳或空壳结构材料的方法
专利汇可以提供水相一步合成锐钛矿型晶化二氧化钛纳米核壳或空壳结构材料的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及核壳-空壳结构材料的制备方法，特别涉及 水 相一步合成锐 钛 矿型晶化二 氧 化钛纳米核壳或空壳结构材料的方法。本发明首次利用 水溶性 钛过氧化物前驱体通过溶胶凝胶方法在聚苯乙烯表面包覆纳米氧化钛层，壳层氧化钛在相对低的 温度 下水相直接晶化为锐钛矿的纳米二氧化钛而无须 烧结 。不仅如此，通过对前驱体的控制，可以使壳层在形成并晶化后，作为模板的聚苯乙烯核自发溶解从而在水相直接得到纳米二氧化钛空壳结构。本发明与传统制备方法相比较，本发明的方法流程简单，可操作性强，同时相对成本低廉，适用于批量制备，具备工业化生产的可能性，在环境 净化 ，药物运输， 光子 晶体等诸方面具有广泛的应用前景。，下面是水相一步合成锐钛矿型晶化二氧化钛纳米核壳或空壳结构材料的方法专利的具体信息内容。
1.一种水相一步合成锐钛矿型晶化二氧化钛纳米核壳或空壳结构材料的 方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
(1).聚苯乙烯微球表面荷正电处理
将粉体聚苯乙烯微球利用阳离子表面活性剂在纯水中重新分散得到表面 荷正电聚苯乙烯微球乳液；其中，乳液中粉体聚苯乙烯微球与阳离子表面活 性剂的质量百分比为0.001～10％，聚苯乙烯微球与纯水质量百分比为0.001～ 30％；
所述的阳离子表面活性剂是有机胺的衍生物；
(2).水溶性钛前驱体制备
用过氧化氢溶液溶解正钛酸得到过氧化钛溶液，其中，过氧化氢与钛离 子的分子摩尔数比为50～1；用氨水与盐酸调节过氧化钛溶液的pH值为0～ 10；
(3)核壳结构产物制备
将步骤(2)制备得到的pH＝5～10的过氧化钛溶液与步骤(1)得到的表 面荷正电聚苯乙烯微球乳液混合，其中，过氧化钛溶液与聚苯乙烯微球乳液 的体积比为10：1～1：1；在温度为80～100℃下搅拌反应，得到以晶化锐钛 矿型纳米二氧化钛为壳层而聚苯乙烯为核的核壳结构产物；或
将步骤(2)制备得到的pH＝0～5的过氧化钛溶液与步骤(1)得到的表 面荷正电聚苯乙烯微球乳液混合，其中，过氧化钛溶液与聚苯乙烯微球乳液 的体积比为10：1～1：1；在温度为80～100℃下搅拌反应，得到以晶化锐钛 矿型纳米二氧化钛为壳层的空壳结构产物；
(4)产物提纯
将步骤(3)制备得到的产物离心沉淀，洗涤，真空干燥得到锐钛矿型晶 化二氧化钛纳米核壳或空壳结构材料；
所述的有机胺的衍生物是伯铵、仲铵、叔铵、季铵盐化合物或它们的任 意混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的步骤(2)中过氧化氢 的质量百分浓度为1～30％，氨水的质量百分浓度为1～25％，盐酸的质量百 分浓度为1～37.2％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(3)中所述的搅拌反应 时间是0.1～12小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的聚苯乙烯微球的粒径为 0.1～100μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的伯铵盐化合物具有以下 结构R-NH2HX；所述的仲铵盐化合物具有以下结构R-NHCH3HX；所述的叔 铵盐化合物具有以下结构R-N(CH3)2HX；所述的季铵盐化合物具有以下结构 R-N(CH3)3X；
其中：R为C5～C16烷基链，X为Br或Cl。
技术领域
本发明涉及核壳-空壳结构材料的制备方法，特别涉及水相一步合成锐钛 矿型晶化二氧化钛纳米核壳或空壳结构材料的方法。
背景技术
发明内容
本发明首次利用水溶性钛过氧化物前驱体通过溶胶凝胶方法在聚苯乙烯 表面包覆纳米氧化钛层，壳层氧化钛在相对低的温度下(80～100℃)水相直 接晶化为锐钛矿的纳米二氧化钛而无须烧结。不仅如此，通过对前驱体pH的 控制，可以使壳层在形成并晶化后，作为模板的聚苯乙烯核自发溶解从而在 水相直接得到纳米二氧化钛空壳结构。
本发明的制备方法，首先将聚苯乙烯球通过阳离子表面活性剂分散得到 荷正电聚苯乙烯乳状液，其次通过不同pH值的水溶性过氧化钛前驱体与之反 应从而得到最终产物。
本发明的水相一步合成锐钛矿型晶化二氧化钛纳米核壳或空壳结构材料 的方法包括以下步骤：
(1).聚苯乙烯微球表面荷正电处理
将粉体聚苯乙烯微球利用阳离子表面活性剂在纯水中重新分散得到表面 荷正电聚苯乙烯微球乳液；其中，乳液中粉体聚苯乙烯微球与阳离子表面活 性剂的质量百分比为0.001～10％，聚苯乙烯微球与纯水质量百分比为0.001～ 30％；所述的阳离子表面活性剂是有机胺的衍生物；
(2).水溶性钛前驱体制备
用过氧化氢溶液溶解正钛酸得到过氧化钛溶液，其中，过氧化氢与钛离 子的分子摩尔数比为50～1；用氨水与盐酸调节过氧化钛溶液的pH值为0～ 10；其中，过氧化氢的质量百分浓度为1～30％，氨水的质量百分浓度为1～ 25％，盐酸的质量百分浓度为1～37.2％；
(3)核壳结构产物制备
将步骤(2)制备得到的pH＝5～10的过氧化钛溶液与步骤(1)得到的表 面荷正电聚苯乙烯微球乳液(其中，过氧化钛溶液与聚苯乙烯微球乳液体积 比为10：1～1：1混合，在温度为80～100℃下搅拌反应，搅拌反应时间是 0.1～12小时，得到以晶化锐钛矿型纳米二氧化钛为壳层而聚苯乙烯为核的核 壳结构产物；或
将步骤(2)制备得到的pH＝0～5的过氧化钛溶液与步骤(1)得到的表 面荷正电聚苯乙烯微球乳液(其中，过氧化钛溶液与聚苯乙烯微球乳液的体 积比为10：1～1：1)混合，在温度为80～100℃下搅拌反应，搅拌反应时间 是0.1～12小时，得到以晶化锐钛矿型纳米二氧化钛为壳层的空壳结构产物；
(4)产物提纯
将步骤(3)制备得到的产物离心沉淀，所得到的沉淀用纯水洗涤并超声 重新分散后重新离心沉淀，重复以上洗涤步骤三次；然后将所得到的沉淀用 无水乙醇洗涤并超声重新分散，离心沉淀，真空干燥得到锐钛矿型晶化二氧 化钛纳米核壳或空壳结构材料。
本方法所用到的聚苯乙烯微球可以是市售或利用苯乙烯为原料聚合制 备，粒径为0.1～100μm。
所述的有机胺的衍生物是伯铵、仲铵、叔铵、季铵类盐化合物或它们的 任意混合物。
所述的伯铵盐类化合物具有以下结构R-NH2HX；所述的仲铵盐类化合物 具有以下结构R-NHCH3HX；所述的叔铵盐类化合物具有以下结构 R-N(CH3)2HX；所述的季铵盐类化合物具有以下结构R-N(CH3)3X；
其中：R为C5～C16烷基链，X为卤素，如Br，Cl。
本方法可以通过改变聚苯乙烯微球粒径，可以调节核壳结构的核的半径。
本发明与传统制备方法相比较，本发明的方法流程简单，可操作性强， 同时相对成本低廉，适用于批量制备，具备工业化生产的可能性，在环境净 化，药物运输，光子晶体等诸方面具有广泛的应用前景。
附图说明
图1A.本发明实施例1所制备的锐钛矿型晶化二氧化钛纳米核壳结构产物 透射电镜图。
图1B.本发明实施例1所制备的锐钛矿型晶化二氧化钛纳米核壳结构产物 扫描电镜图。
图2A.本发明实施例2所制备的锐钛矿型晶化二氧化钛纳米空壳结构产物 透射电镜图。
图2B.本发明实施例2所制备的锐钛矿型晶化二氧化钛纳米空壳结构产物 扫描电镜图。
图2C.本发明实施例2所制备的锐钛矿型晶化二氧化钛纳米空壳结构产 物扫描电镜图。
图3.本发明实施例1、2所制备的锐钛矿型晶化二氧化钛纳米空壳结构产 物XRD谱图。
具体实施方式
取市售5g粒径约为200nm聚苯乙烯微球粉体，添加0.25g十六烷基三 甲基溴化铵作为分散剂超声分散于1000ml纯水中；正钛酸沉淀用质量百分浓 度为30％的过氧化氢水溶液(与钛离子摩尔分子数之比为4)溶解，用质量百 分浓度为2.5％的氨水调解溶液的pH＝7，将200ml此溶液加入上述聚苯乙烯 乳液中，在温度为80～100℃下，强烈机械搅拌回流反应1小时，2500rpm 速度离心得到产品，所得到的产品用纯水洗涤三次并超声重新分散后重新离 心沉淀，再用无水乙醇洗涤并超声重新分散，离心沉淀，干燥得到核壳结构 产物。
所得产物形貌利用透射电镜(参见图1A)及扫描电镜(参见图1B)表征。 所得产物晶体结构分析采用X射线电子衍射仪表征，结果参见图3。
实施例2：
取市售5g粒径约为200nm聚苯乙烯微球粉体，添加0.25g十六烷基三 甲基氯化铵作为分散剂超声分散于1000ml纯水中；正钛酸沉淀用质量百分浓 度为30％的过氧化氢水溶液(与钛离子摩尔分子数之比为4)溶解，用质量百 分浓度为2.5％的氨水调解溶液的pH＝3，将200ml此溶液加入上述聚苯乙烯 乳液中，在温度为80～100℃下，强烈机械搅拌回流反应1小时，2500rpm 速度离心得到产品，所得到的产品用纯水洗涤三次并超声重新分散后重新离 心沉淀，再用无水乙醇洗涤并超声重新分散，离心沉淀，干燥得到空壳结构 产物。
所得产物形貌利用透射电镜(参见图2A)及扫描电镜(参见图2B，2C) 表征。所得产物晶体结构分析采用X射线电子衍射仪表征，结果参见图3。
实施例3：
取市售5g粒径约为500nm聚苯乙烯微球粉体，添加0.15g十二烷基三 甲基溴化铵与0.15g十二烷基三甲基氯化铵作为分散剂超声分散于1000ml 纯水中；正钛酸沉淀用质量百分浓度为30％的过氧化氢水溶液(与钛离子摩 尔分子数之比为4)溶解，用质量百分浓度为2.5％的氨水调解溶液的pH＝7， 将200ml此溶液加入上述聚苯乙烯乳液中，在温度为80～100℃下，强烈机 械搅拌回流反应1小时，2500rpm速度离心得到产品，所得到的产品用纯水 洗涤三次并超声重新分散后重新离心沉淀，再用无水乙醇洗涤并超声重新分 散，离心沉淀，干燥得到核壳结构产物。
实施例4：
取市售5g粒径约为1μm聚苯乙烯微球粉体，添加0.15g十二烷基二甲 基溴化铵与0.15g十二烷基甲基氯化铵作为分散剂超声分散于1000ml纯水 中；正钛酸沉淀用质量百分浓度为30％的过氧化氢水溶液(与钛离子摩尔分 子数之比为4)溶解，用质量百分浓度为2.5％的氨水调解溶液的pH＝3，将200 ml此溶液加入上述聚苯乙烯乳液中，在温度为80～100℃下，强烈机械搅拌 回流反应1小时，2500rpm速度离心得到产品，所得到的产品用纯水洗涤三 次并超声重新分散后重新离心沉淀，再用无水乙醇洗涤并超声重新分散，离 心沉淀，干燥得到空壳结构产物。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种纳米微晶板 | 2020-05-13 | 340 |
| 纳米晶体纳米乳剂 | 2020-05-13 | 614 |
| 药用纳米结晶罐 | 2020-05-11 | 732 |
| 纳米碳晶频谱发热板 | 2020-05-13 | 736 |
| 一种纳米超晶格加热壶 | 2020-05-12 | 195 |
| 纳米水晶药石 | 2020-05-11 | 604 |
| 一种纳米水晶膜 | 2020-05-11 | 156 |
| 纳米晶环形高频变压器 | 2020-05-13 | 152 |
| 一种纳米碳晶牙刷 | 2020-05-12 | 417 |
| 纯化纳米晶溶液的装置 | 2020-05-11 | 512 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
