一種聚苯胺/二氧化鈦納米片插層複合材料及其製備方法
2023-07-24 00:09:26 1
專利名稱：一種聚苯胺/二氧化鈦納米片插層複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於有機/無機納米複合材料及其製備技術領域，特別是涉及ー種聚苯胺/ニ氧化鈦納米片插層複合材料及其製備方法。
背景技術：
ニ氧化鈦及其衍生物具有化學穩 定性高，不易受光腐蝕，環境友好等特點，在光催化、太陽能電池等領域具有廣闊應用前景。但ニ氧化鈦禁帶寬度大於3.0 eV，作為光電轉換材料只能利用紫外光，而紫外光在太陽光譜中僅佔7%左右，更多的則是可見光，佔45%左右。因此製備出能夠充分利用可見光的光電轉換材料成為人們研究的熱點之一。為了達到充分利用太陽光的目的，人們採用多種方法對寬帶隙半導體材料進行改性研究，如貴金屬摻雜，非金屬陰離子或過渡金屬陽離子摻雜，染料敏化或窄帶隙半導體敏化等，以使材料的光譜響應範圍擴展至可見光區。在文獻(I)The Journal of Physical Chemistry C, 2010, 114(11):4765-4772中，Tao Guo等人將苯胺單體插入層狀結構質子化鈦酸鹽層間，同時在氧氣存在下使層間苯胺單體發生原位聚合生成聚苯胺/層狀質子化鈦酸鹽納米複合材料，並對該複合材料的光電性質及光催化性能進行了研究。但複合材料中聚苯胺所佔的質量分數較低，僅為79T8%且難以調變，影響了複合材料性能的發揮。在文獻(2)Journal of Power Sources, 2007，173(2) : 1017-1023，XiongZhang等人以十八烷基三甲基銨離子插層ニ氧化錳複合材料作為預撐前驅體，在N-甲基吡咯烷酮溶液中與聚苯胺進行交換反應得到聚苯胺插層ニ氧化錳複合材料，並研究了其超電容性質。但尚未見利用ニ氧化鈦及其衍生物進行預撐交換反應製備複合材料的報導。
發明內容
為了充分發揮有機/無機納米複合材料的性能優勢，本發明提供ー種具有較高聚苯胺含量的聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料，其特徵在於聚苯胺位於ニ氧化鈦納米片構成的層間，形成插層結構複合材料。ニ氧化鈦納米片由層狀鈦酸鹽剝層獲得，化學組成為Tia91O2，帶負電荷，厚度為0. 5^2. 5 nm ;聚苯胺在複合材料中所佔質量分數為15% 25%。本發明採用預撐交換反應方法製備具有較高聚苯胺含量的聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料，具體エ藝步驟如下
A)層狀鈦酸銫的製備將ニ氧化鈦TiO2和碳酸銫Cs2CO3按照5.2: r5. 5:1的摩爾比混合研磨，混合物在750 850 0C下煅燒1 2小時，待其冷卻至室溫後研磨並在750 850 0C煅燒18 22小時，待其冷卻至室溫後再次研磨並在75(T850 °C煅燒18 22小時，得到層狀鈦酸銫CsxTi2_x/4 □ x/404，其中□為鈦空位，X的取值範圍為0. 65彡X彡0. 75 ;
B)質子化鈦酸鹽的製備將濃度為0.8 I.5 mol/L的鹽酸與層狀鈦酸銫固體按照75 150 mL/g的液固比混合攪拌3 5天，每24小時更換一次0. 8 I. 5 mol/L的鹽酸；產物用二次蒸餾水洗滌過濾至濾液pH值為6 7，得到質子化鈦酸鹽HxTi2_x/4 □ x/404 *H20，其中X的取值範圍為0. 65 < X < 0. 75 ;將其置於盛有飽和氯化鈉溶液的乾燥器中乾燥至恆重；
C)ニ氧化鈦納米片膠體溶液的製備將濃度為0. 015、. 020 mol/L的四丁基氫氧化銨(C4H9)4NOH與質子化鈦酸鹽HxTi2_x/4 □ x/404 H2O按照200 250 mL/g的液固比混合攪拌10^15天，以9000 10000轉數/分鐘的速度高速離心30 40分鐘，取上層清液為ニ氧化鈦納米片膠體溶液；
D)十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備將ニ氧化鈦納米片膠體溶液與十六烷基三甲基溴化銨按照550飛50 mL/g的液固比攪拌混合12 16小時，產物用丙酮清洗至濾液中不含十六烷基三甲基溴化銨為止，放入45飛5 °(烘箱中乾燥廣2天，得到十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料；
E)聚苯胺的製備將苯胺単體與過硫酸銨按照5.0:3、. 2:3的質量比分別溶於等體積的I. 0 mol/L的鹽酸中使苯胺濃度為0. 02、. 03 g/mL，將兩者混合反應6、小時後抽濾並用0. 5 I. 0 mol/L的鹽酸洗滌至濾液不含SO,為止，在45 55 0C供箱中乾燥12 36小 時，得到摻雜態的聚苯胺；
F)聚苯胺/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備按質量比5: f 9:1取十六烷基三甲基銨離子/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料及聚苯胺溶於一定體積的N-甲基吡咯烷酮中，使十六烷基三甲基銨離子/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料濃度為4 10 g/L，聚苯胺濃度為r2. 5 g/L,兩者超聲分散3小吋，然後將其混合，置於3(T60 0C水浴中反應3飛天后抽濾，並依次用鹽酸、N-甲基吡咯烷酮和丙酮洗至濾液無色為止，樣品在5(T60 °C乾燥:T5天，得到聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料。採用德國ELEMENTAR公司Vario El型元素分析儀分析樣品中C、H、N元素含量，測試結果表明聚苯胺在複合材料中所佔質量分數為15 25%。採用日本理學D/max-UltmaIII型X-射線粉末衍射(XRD)儀表徵本發明產品結構，測試結果見圖I所示，出現了(OkO)系列衍射峰，表明本發明產品具有層狀結構，層間距為1.47 nm，說明聚苯胺鏈中苯環平面垂直於ニ氧化鈦納米片層板。採用Thermo Electron公司NIC0LET380型傅立葉變換紅外(FTIR)光譜儀對聚苯胺及複合材料進行分析，測試結果見圖2所示，苯環的C 一 N伸縮振動峰由聚苯胺的1293 CnT1移動到聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的1307 cnT1,說明插層的聚苯胺和ニ氧化鈦納米片層板之間存在著相互作用。採用普析通用TU-1901型紫外-可見(UV-Vis)分光光度計對複合材料進行分析表徵，測試結果見圖3所示，表明納米複合材料在40(T800 nm的可見光範圍內具有較強吸收。以北京泊菲萊公司PLS-SXE300UV型模擬日光氙燈及紫外濾光片(過濾入400 nm)下對聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料進行光催化性能評價。測試結果見圖4，聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料在6小時內將羅丹明B基本降解完全，而相同測試條件下，ニ氧化鈦納米片粉末、聚苯胺等材料對羅丹明B無明顯降解效果。本發明的效果及優點是以十六烷基三甲基銨離子/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料作為預撐前驅體，通過與聚苯胺的交換反應可以獲得具有較高聚苯胺含量的聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料，並且聚苯胺的含量可以在一定範圍內調節，從而充分發揮複合材料各組分的優勢，滿足不同的應用需求；另外，聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料能夠將光電響應範圍擴展至可見光區，在光催化、太陽能電池等領域具有應用價值。
圖I.聚苯胺/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的XRD譜圖。橫坐標為角度2 0，單位度(O);縱坐標為衍射強度，単位絕對單位(a. u.)。圖2.聚苯胺、十六烷基三甲基銨離子/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料和聚苯胺/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的FTIR譜圖。橫坐標為波數，單位釐米ベ(cnT1);縱坐標為透光率，単位百分比(%)。其中(a) —聚苯胺的FTIR譜圖；(b) —十六烷基三甲基銨離子/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的FTIR譜圖；(c) 一聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的FTIR譜圖。圖3.聚苯胺/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的UV-Vis譜圖。橫坐標為波長，單位納米(nm);縱坐標為吸光度,單位絕對單位(a. u.)。 圖4. ニ氧化鈦納米片粉末、聚苯胺和聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料光催化降解羅丹明B的性能評價曲線。橫坐標為時間，単位小時(h);縱坐標為不同光照時間下羅丹明B的濃度C與羅丹明B初始濃度Ctl的比值C/Q，無單位。其中(a) —二氧化鈦納米片粉末光催化降解羅丹明B的性能評價曲線；(b) —聚苯胺光催化降解羅丹明B的性能評價曲線；(c) 一聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料光催化降解羅丹明B的性能評價曲線。
具體實施例方式實施例I :
層狀鈦酸銫的製備將2. 50 g Cs2CO3和3. 25 g TiO2混合研磨後放入馬弗爐中，在840°C下煅燒I小時，待其冷卻至室溫後研磨並在840 °C下煅燒18小時，待其冷卻至室溫後再次研磨並在840 0C下煅燒18小時，得到層狀鈦酸銫Csa69Tiu2 □ 0.17O4 ;
質子化鈦酸鹽的製備將3.0 g層狀鈦酸銫Csa69Tiu2 □ 0.17O4加入到300 mL濃度為1.0 mol/L的鹽酸中混合攪拌3天，每24小時更換一次濃度為I. 0 mol/L的鹽酸，產物用ニ次蒸餾水清洗至PH=6. 5，將產物置於盛有飽和氯化鈉溶液的乾燥器中乾燥至恆重，得到質子化層狀鈦酸鹽Ha69Tih82 □。,1704 H2O ；
ニ氧化鈦納米片膠體溶液的製備將250 mL濃度為0. 017 mol/L的四丁基氫氧化銨(C4H9)4NOH與I. 0 g質子化鈦酸鹽Ha69Tih82 □ 0.1704 -H2O混合攪拌10天後，採用9000轉數/分鐘的轉速高速離心40分鐘，取上層清液為ニ氧化鈦納米片膠體溶液；
十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備取100 mLニ氧化鈦納米片膠體溶液與0. 18 g十六烷基三甲基溴化銨混合攪拌12小時，得到的產物用丙酮清洗至濾液中不含十六烷基三甲基溴化銨為止，放入55 0C烘箱中乾燥I天，得到十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料；
聚苯胺的製備取0. 3 mL苯胺單體與0. 18 g過硫酸銨分別溶於10 mL濃度為I. 0 mo I/L的鹽酸中，將兩者混合反應6小時，抽濾並用I. 0 mol/L的鹽酸洗滌至濾液不含S042_為止，放入45 0C烘箱中乾燥36小時，得到摻雜態的聚苯胺；
聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備取0.25 g十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料分散在40 mL N-甲基吡咯烷酮中超聲2小時使其均勻分散，另取0.05 g聚苯胺分散在20 mL N-甲基吡咯烷酮中超聲2小時使其均勻分散。將兩種分散液混合置於45 °C水浴中反應5天後抽濾，依次用鹽酸、N-甲基吡咯烷酮和丙酮洗至濾液無色為止，放入50 0C烘箱中乾燥5天得到聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料。元素分析結果表明聚苯胺在複合材料中所佔質量分數為23. 77%。將本實施例樣品進行X射線粉末衍射表徵，結果見圖1，由圖I可知產物具有層狀結構，層間距為I. 47 nm，說明聚苯胺鏈中苯環平面垂直於ニ氧化鈦納米片層板。聚苯胺、十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料和聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的FTIR譜圖表徵結果見圖2，十六烷基三甲基銨離子/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料和聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料在3400 cm-1和1630 cnT1附近的吸收峰是由於材料中含有少量的水分子；苯環的C 一 N伸縮振動峰由聚苯胺的1293 cm-1移動到聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的1307 cnT1，說明插層的聚苯胺和ニ氧化鈦納米片層板之間存在著相互作用。聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的UV-Vis表徵結果見圖3,在40(T800 nm範圍內均出現了較強烈的吸收，表明插層複合材料在可見光範圍內具有較寬的吸收，因此可以利用可見光。 在石英玻璃杯中，將25 mg聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料分散於100 mL濃度為1.0 X 10_5 mol/L的羅丹明B水溶液中並在暗處攪拌30分鐘。以北京泊菲萊公司PLS-SXE300UV型模擬日光氙燈及紫外濾光膜(過濾入〈400 nm的紫外光)為光源，在可見光(入>400 nm)下對聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料進行光催化性能評價。每隔I小時取5 mL懸浮液，濾去其中懸浮的顆粒後，利用紫外-可見分光光度計測溶液中羅丹明B的濃度，將C/Q對時間作圖，其中Ctl為羅丹明B在光照前的初始濃度，C為羅丹明B在光照一定時間時的濃度。用ニ氧化鈦納米片粉末和聚苯胺分別做對比實驗，測試條件同上。ニ氧化鈦納米片粉末、聚苯胺和聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料光催化降解羅丹明B的性能評價曲線如圖4所示。測試結果表明聚苯胺/ニ氧化鈦納米片插層複合材料在6小時內將羅丹明B基本降解完全，而相同測試條件下，ニ氧化鈦納米片粉末以及聚苯胺對羅丹明B的降解效果不明顯。實施例2:
層狀鈦酸銫的製備將3. 26 g Cs2CO3和4. 18 g TiO2混合研磨後放入馬弗爐中，在8000C下煅燒I. 5小時，待其冷卻至室溫後研磨並在800 0C下煅燒20小時，待其冷卻至室溫後再次研磨並在800 0C下煅燒20小時，得到層狀鈦酸銫Csa73Tiu2 □ o.i804 ;
質子化鈦酸鹽的製備取I. 0 g層狀鈦酸銫Csa73Tiu2 □ o.i804加入到150 mL濃度為1.2 mol/L的鹽酸中混合攪拌4天，每24小時更換一次濃度為I. 2 mol/L的鹽酸，產物用ニ次蒸餾水清洗至PH=6. 0，並將產物置於盛有飽和氯化鈉溶液的乾燥器中乾燥至恆重，得到質子化層狀鈦酸鹽H0. 73TiL82 □ 0.1804 H2O ；
ニ氧化鈦納米片膠體溶液的製備將200 mL濃度為0. 02 mol/L的四丁基氫氧化銨(C4H9)4NOH與I. 0 g質子化層狀鈦酸鹽Ha73Tih82 □ Ck18O4 H2O混合攪拌12天，採用10000轉數/分鐘的轉速高速離心30分鐘，取上層清液得到ニ氧化鈦納米片膠體溶液；
十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備取150 mLニ氧化鈦納米片膠體溶液與0. 25 g十六烷基三甲基溴化銨混合攪拌15小時，得到的產物用丙酮清洗至濾液中不含十六烷基三甲基溴化銨為止，放入45 0C烘箱中乾燥2天，得到十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料；
聚苯胺的製備取0.46 mL苯胺單體與0.27 g過硫酸銨分別溶於15 mL 1.0 mol/L的鹽酸中，將兩者混合反應9小時，抽濾並用I. 0 mol/L的鹽酸洗滌至濾液不含S042_為止，放入55 0C烘箱中乾燥24小時，得到摻雜態的聚苯胺；
聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備取0. 26 g十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料分散在30 mL N-甲基吡咯烷酮中超聲I. 5小時使其均勻分散，另取0. 04 g聚苯胺分散在20 mL N-甲基吡咯烷酮中超聲I. 5小時使其均勻分散。將兩種分散液混合置於40 °C水浴中反應4天後抽濾，依次用鹽酸、N-甲基吡咯烷酮和丙酮洗至濾液無色，放入55 0C烘箱中乾燥3天得到聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料。元素分析結果表明聚苯胺在複合材料中所佔質量分數為22. 03%，採用實施例I的方法對合成產物進行分析表徵，結果表明聚苯胺存在於ニ氧化鈦納米片構成的層間，獲得 了聚苯胺/ニ氧化鈦納米片插層複合材料。實施例3:
層狀鈦酸銫的製備將2. 8 g Cs2CO3和3. 65 g TiO2混合研磨後放入馬弗爐中，在7600C下煅燒2小時，待其冷卻至室溫後研磨並在760 0C下煅燒22小時，待其冷卻至室溫後再次研磨並在760 0C下煅燒22小時，得到層狀鈦酸銫Csa72Tiu2 □ o.i804 ;
質子化鈦酸鹽的製備:取2. 0 g層狀鈦酸銫Csa72Tiu2 □ o.i804加入到300 mL濃度為
0.8 mol/L的鹽酸中混合攪拌5天，每24小時更換一次濃度為0. 8 mol/L的鹽酸，產物用ニ次蒸餾水清洗至PH=6. 5，將產物置於盛有飽和氯化鈉溶液的乾燥器中乾燥至恆重，得到質子化層狀鈦酸鹽H^72Tiu2 □ 0.1804 H2O ；
ニ氧化鈦納米片膠體溶液的製備將240 mL濃度為0. 018 mol/L的四丁基氫氧化銨(C4H9)4N0H與I. I g質子化鈦酸鹽H。.72TiL82 □ o. 1804 -H2O混合攪拌12天後，採用9500轉數/分鐘的轉速高速離心40分鐘，取上層清液得到ニ氧化鈦納米片膠體溶液；
十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備取120 mLニ氧化鈦納米片膠體溶液與0. 21 g十六烷基三甲基溴化銨混合攪拌14小時，產物用丙酮清洗至濾液中不含十六烷基三甲基溴化銨為止，放入50 0C烘箱中乾燥2天，得到十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料；
聚苯胺的製備分別取0.42 mL苯胺單體與0.25 g過硫酸銨分別溶於15 mL 1.0 mol/L的鹽酸中，將兩者混合反應8小時，抽濾並用0. 8 mol/L的鹽酸洗滌至濾液不含S042_為止，放入50 0C烘箱中乾燥48小時，得到摻雜態的聚苯胺；
聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備取0. 17 g十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料分散在25 mL N-甲基吡咯烷酮中超聲I小時使其分散均勻，另取0. 02 g聚苯胺分散在20 mL N-甲基吡咯烷酮中超聲I小時使其均勻分散。超聲後將兩種分散液混合置於40 °C水浴中反應3天後抽濾，依次用鹽酸、N-甲基吡咯烷酮和丙酮洗至濾液無色，樣品放入55 °(烘箱中乾燥4天，得到聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料，元素分析結果表明聚苯胺在複合材料中所佔質量分數為16. 05%。實施例4:
層狀鈦酸銫的製備將3. 28 g Cs2CO3和4. 30 g TiO2混合研磨後放入馬弗爐中，在8100C下煅燒I. 5小時，待其冷卻至室溫後研磨並在810 0C下煅燒20小時，待其冷卻至室溫後再次研磨並在810 0C下煅燒20小時，得到層狀鈦酸銫Csa71Tiu2 □ o.i804 ;
質子化鈦酸鹽的製備:取3. 0 g層狀鈦酸銫Csa71Tiu2 □ o.i804加入到350 mL濃度為
0.9 mol/L的鹽酸中混合攪拌3天，每24小時更換一次濃度為0. 9 mol/L的鹽酸，產物用ニ次蒸餾水清洗至PH=6. 5，並將產物置於盛有飽和氯化鈉溶液的乾燥器中乾燥至恆重，得到質子化層狀鈦酸鹽Ha71Tih82 □。,1804 H2O ；
ニ氧化鈦納米片膠體溶液的製備將330 mL濃度為0. 019 mol/L的四丁基氫氧化銨(C4H9)4NOH與I. 5 g質子化鈦酸鹽Ha71Tih82 □ 0.1804 .H2O混合攪拌14天後，採用9800 rpm高速離心35分鐘，取上層膠體溶液得到ニ氧化鈦納米片溶液；
十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備取130 mLニ氧化鈦納米片膠體溶液與0. 20 g十六烷基三甲基溴化銨混合攪拌16小時，產物用丙酮清洗至濾液中不含十六烷基三甲基溴化銨為止，放入50 °(烘箱中乾燥I天，得到十六烷基三甲基銨離、子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料；
聚苯胺的製備分別取0.35 mL苯胺單體與0.21 g過硫酸銨分別溶於15 mL 1.0 mol/L的鹽酸中，將兩者混合反應7小時，抽濾並用I. 0 mol/L的鹽酸洗滌至濾液不含S042_為止，放入55 °(烘箱中乾燥24小時，得到摻雜態的聚苯胺；
聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備取0.20 g十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料分散在50 mL N-甲基吡咯烷酮中超聲3小時使其分散均勻，另取0.03 g聚苯胺分散在25 mL N-甲基吡咯烷酮中超聲2小時使其均勻分散。超聲後將兩種分散液混合置於50 °C水浴中反應4天後抽濾，依次用鹽酸、N-甲基吡咯烷酮和丙酮洗至濾液無色，樣品放入60 0C烘箱中乾燥4天，得到聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料，元素分析結果表明聚苯胺在複合材料中所佔質量分數為19. 34%。
權利要求
1.ー種聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料，其特徵在於聚苯胺位於ニ氧化鈦納米片構成的層間，形成插層結構複合材料；ニ氧化鈦納米片由層狀鈦酸鹽剝層獲得，化學組成為Tia91O2,帶負電荷，厚度為0. 5^2. 5 nm ;聚苯胺在複合材料中所佔質量分數為15% 25%。
2.ー種製備權利要求I所述的聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料的方法，其特徵在於，エ藝步驟如下 A)層狀鈦酸銫的製備將ニ氧化鈦TiO2和碳酸銫Cs2CO3按照5.2: r5. 5:1的摩爾比混合研磨，混合物在750 850 0C下煅燒1 2小時，待其冷卻至室溫後研磨並在750 850 0C煅燒18 22小時，待其冷卻至室溫後再次研磨並在75(T850 °C煅燒18 22小時，得到層狀鈦酸銫CsxTi2_x/4 □ x/404，其中□為鈦空位，X的取值範圍為0. 65彡X彡0. 75 ; B)質子化鈦酸鹽的製備將濃度為0.8 I.5 mol/L的鹽酸與層狀鈦酸銫固體按照75 150 mL/g的液固比混合攪拌3 5天，每24小時更換一次0. 8 I. 5 mol/L的鹽酸；產物用二次蒸餾水洗滌過濾至濾液PH值為6 7，得到質子化鈦酸鹽HxTi2_x/4 □ x/404XH20，其中x的取值範圍為0. 65彡X彡0. 75 ;將其置於盛有飽和氯化鈉NaCl溶液的乾燥器中乾燥至恆重； C)ニ氧化鈦納米片膠體溶液的製備將濃度為0. 015、. 020 mol/L的四丁基氫氧化銨(C4H9)4NOH與質子化鈦酸鹽HxTi2_x/4 □ x/404XH20按照200 250 mL/g的液固比混合攪拌10^15天，以9000 10000轉數/分鐘的速度高速離心30 40分鐘，取上層清液為ニ氧化鈦納米片膠體溶液； D)十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備將ニ氧化鈦納米片膠體溶液與十六烷基三甲基溴化銨按照550飛50 mL/g的液固比攪拌混合12 16小時，產物用丙酮清洗至濾液中不含十六烷基三甲基溴化銨為止，放入45飛5 °(烘箱中乾燥廣2天，得到十六烷基三甲基銨離子/ニ氧化鈦納米片插層複合材料； E)聚苯胺的製備將苯胺単體與過硫酸銨按照5.0:3、. 2:3的質量比分別溶於等體積的I. 0 mol/L的鹽酸中使苯胺濃度為0. 02、. 03 g/mL，將兩者混合反應6、小時後抽濾並用0. 5 I. 0 mol/L的鹽酸洗滌至濾液不含SO,為止，在45 55 0C供箱中乾燥12 36小時，得到摻雜態的聚苯胺； F)聚苯胺/ニ氧化鈦納米片插層複合材料的製備按質量比5: f 9:1取十六烷基三甲基銨離子/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料及聚苯胺溶於一定體積的N-甲基吡咯烷酮中，使十六烷基三甲基銨離子/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料濃度為4 10 g/L，聚苯胺濃度為r2. 5 g/L,兩者超聲分散3小吋，然後將其混合，置於3(T60 0C水浴中反應3飛天后抽濾，並依次用鹽酸、N-甲基吡咯烷酮和丙酮洗至濾液無色為止，樣品在5(T60 °C乾燥:T5天，得到聚苯胺/ ニ氧化鈦納米片插層複合材料。
全文摘要
一種聚苯胺/二氧化鈦納米片插層複合材料及其製備方法，屬於有機/無機納米複合材料及其製備技術領域。聚苯胺位於二氧化鈦納米片構成的層間，形成插層結構複合材料。將十六烷基三甲基銨離子/二氧化鈦納米片插層複合材料作為預撐前驅體，通過與聚苯胺的交換反應可以獲得本發明產品。本發明聚苯胺/二氧化鈦納米片插層複合材料中聚苯胺的含量較高，並且可以在一定範圍內調節聚苯胺的含量。由於聚苯胺的引入，該納米複合材料能夠將光電響應範圍擴展至可見光區，在光催化、太陽能電池等領域具有應用價值。
文檔編號C08L79/02GK102766331SQ20111011414
公開日2012年11月7日 申請日期2011年5月4日 優先權日2011年5月4日
發明者劉海梅, 楊文勝, 許巖, 陳旭 申請人:北京化工大學