逐层自组装法制备纳米二氧化钛空心微球

郝晏，李巧玲，李建强，白蕊

（中北大学化学系，山西太原030051）

逐层自组装法制备纳米二氧化钛空心微球

郝晏，李巧玲，李建强，白蕊

（中北大学化学系，山西太原030051）

本文采用溶胶-凝胶法与自组装技术相结合的工艺，以聚乙二醇为模板制备了多层组装的TiO2空心微球。采用TEM对产物进行了表征。以甲基橙溶液的脱色降解率，考察了不同煅烧温度和组装层数对TiO2空心微球光催化性能的影响。结果表明：500℃煅烧下组装四层的TiO2空心微球光催化效果最佳，2 h内对甲基橙的催化效果可达到97.25%。

自组装技术；TiO2空心微球；光催化

从发现二氧化钛表面能发生水的持续氧化还原反应以来，在光催化领域中二氧化钛受到了人们的广泛关注。二氧化钛光催化剂以其无毒、催化活性高、氧化能力强和稳定性好成为最常用的光催化剂，可将有机污染物完全矿化为水、二氧化碳和无机离子，无二次污染，是一种具有广阔应用前景的光催化材料[1～4]。

本文采用溶胶-凝胶法与自组装技术[5]相结合的工艺，以钛酸丁酯为原料、聚乙二醇-4000做为内“核”[6]、以阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为介质[7]，通过逐层自组装法制备了多层组装的TiO2空心微球[9]。

1 实验部分

1.1 主要试剂

钛酸丁酯（分析纯），盐酸（分析纯），无水乙醇（分析纯），乙酸（分析纯），十二烷基苯磺酸钠（化学纯），聚乙二醇-4000（化学纯）

1.2 纳米结构二氧化钛复合颗粒的组装

1.2.1TiO2溶胶的制备

以钛酸四丁酯为原料，以无水乙醇为溶剂，以36%乙酸和12mol/L盐酸为抑制剂制备TiO2溶胶。将5mL钛酸四丁酯、20mL无水乙醇混合均匀制成A液，10mL无水乙醇、2 mL蒸馏水和1.5 mL的36%乙酸混合均匀制成B液；在室温下搅拌下将B液缓缓倒入A液中，继续搅拌；向上述混合液中滴加盐酸2～3滴，继续搅拌约2～4 h成为一整块透明的不能流动的胶块为止。

1.2.2纳米结构TiO2的制备

称取一定质量的聚乙二醇（PEG）溶于6mmol/L的十二烷基苯磺酸钠（DBS）水溶液中，超声20min使得PEG表面组装上一层表面活性剂单分子膜；将一定量TiO2溶胶放入该混合溶液，在80℃的水浴中反应2 h，然后陈化1 d，进行TiO2溶胶颗粒与表面活性剂之间的静电自组装。这一组装方法是基于表面活性剂分子的两亲性质。在PEG球表面，表面活性剂通过单层吸附，使PEG球表面带负电，与表面荷正电的TiO2胶粒通过静电引力而结合。然后抽滤并在100℃下烘干30min。将上述得到的样品为组装一层后的复合颗粒，再分别用十二烷基苯磺酸钠水溶液和TiO2溶胶进行处理，步骤同上完成第二层、第三层、第四层的组装。分别在300℃,500℃，600℃下将纳米结构TiO2/PEG复合粒子煅烧2 h，除去模板剂PEG，制备TiO2空心微球。

1.3 催化实验

以TiO2空心微球对甲基橙溶液催化后的脱色率评价其催化活性。取0.02 g的光催化剂样品分散于装有20mL浓度为10mg/L，pH=3甲基橙溶液的表面皿中。实验所用光源为60W紫外光灯，表面皿与光源之间相距40 cm。常温下，每隔30min取样，经离心机分离，测定上层清液在510 nm（pH=3的甲基橙最大吸收波长）处的吸光度A。

2 结果与讨论

2.1 TEM电镜分析

图1为组装四层TiO2空心微球的TEM图，从图中可以看到颗粒状的微球且直径在100 nm。

2.2 光催化性能分析

用721分光光度计对TiO2的光催化剂的催化性能进行测试。图2中列出TiO2光降解甲基橙的吸光度值，图中的折线斜率值可看出催化效率的变化。图中所示以PEG为模板制得的TiO2空心微球在2 h内对甲基橙的光催化效果可知：500℃（四层）＞500℃（两层）＞600℃（四层）＞600℃（三层）。根据公式D=（A0-A）/A0×100%其中A0和A分别为光催化前后甲基橙溶液的吸光度。光催化效果最佳的500℃组装四层的TiO2样品，在2 h内对甲基橙模拟废水催化降解率可达到97.25%。

3 结论

实验在以PEG为模板的采用溶胶-凝胶法与自组装技术相结合的工艺制备了多层组装的TiO2空心微球，并采用TEM对产物进行表征，达到理想形貌。通过对甲基橙溶液的光催化降解实验得出500℃煅烧下组装四层的TiO2空心微球光催化效果最佳，2 h内对甲基橙的催化效果可达到97.25%。

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Preparation of Layer-by-layer self-assembled nano-titania hollow microsphere

HAO Yan,LI Qiao-Ling,LI Jian-Qiang,BAI Rui
（Department of Chemistry，North University of China,Taiyuan Shanxi 030051）

Combining the sol-gel method and self-assembly technique,the multi-layer assembly TiO2hollow microsphere was synthesized using PEG template.The products were characterized using TEM.By the methylene orange degradation,the effect of temperature and the assembly layers on the photocatalysis property of the TiO2hollow microsphere were investigated.The results indicated the hollow microspheres were synthesized.The catalysis efficiency of microsphere samples on the methylene orange degradation in 2 hour was up to 97.25%.

self-assembly technique;TiO2hollow microsphere;photocatalysis

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.01.005

TQ134.1+1

1008-1267（2011）01-013-02

A

2010-05-23

山西省自然科学基金（209011009），山西省回国留学基金（2008064）。

郝晏（1983-）女，在读硕士，从事纳米光催化材料的研究及其在废水处理中的应用。