Фундаментальное материаловедение

Темплатный синтез мезопористого диоксида титана
Акуленко А.С.
студент
Киевский национальный университет им. Т.Г. Шевченко, Киев, Украина
Институт физической химии им. Л.В. Писаржевского НАН Украины, Киев, Украина
E-mail: aleksandr.akulenko@gmail.com
Мезопористый диоксид титана привлекает особое внимание исследователей, так
как материалы на его основе интересны как адсорбенты, высокоактивные катализаторы,
фотокатализаторы и др. Кроме того, оксид титана обладает уникальными химическими и
физическими свойствами, такими как высокая химическая устойчивость, хорошая
смачиваемость, оптическая активность, биологическая совместимость и т.д.
Мезопористый диоксид титана получен с помощью золь-гель синтеза. В качестве
исходного вещества использовали тетрабутоксид титана, а в качестве темплата
(структурно-направляющего агента) – комплексные соединения краун-эфиров,
пальмитиновую и стеариновую кислоты. Изучено влияние условий синтеза
(соотношение исходных реагентов, концентрации H2O, кислотности среды, добавок
ПАВ, режимов термообработки) на текстурные характеристики диоксида титана.
Полученные при комнатной температуре образцы являются аморфными и
обладают высокой удельной поверхностью Sуд > 600 м 2 /г (метод БЭТ, по изотермам
адсорбции азота). В процессе гидротермальной обработки (при 100-200 о С) аморфных
образцов мезопористого TiO2 происходит кристаллизация с образованием значительного
количества анатаза. Прокаливание на воздухе при температуре 350-500 о С аморфных
образцов TiO2 позволяет получить диоксид титана с содержанием анатаза до 70 %.
Сочетание определенных режимов гидротермальной обработки и прокаливания дает
возможность достичь полной кристаллизации образца TiO2 . Такие образцы
характеризуются высокой удельной площадью поверхности (может превышать 200 м 2 /г)
и диаметром пор от 5 до 20 нм. По данным трансмисионной электронной микроскопии и
рентгеновской дифракции размер частиц диоксида титана составляет 5-10 нм.
Введение в реакционную смесь ионов редкоземельных металлов существенно
повышает термическую устойчивость полученных мезопористых образцов TiO2.
Предложенный нами подход к темплатному синтезу мезопористого диоксида
титана позволяет получать новые материалы, которые по своим текстурным
характеристикам и свойствам не уступают, а в ряде случаев и превышают уже
известные. Предлагаемые способы могут быть особенно перспективными для
селективного синтеза наноразмерного анатаза и высокоэффективных
(фото)катализаторов на его основе.
Литература
1. Y. Yue, Zi Gao (2000) Synthesis of Mesoporous TiO2 With a Crystalline Framework //
Chem.Commun., №18, 1755-1756.
2. S. Sato, S. Oimatsu, R. Takahashi, T. Sodesava, F. Nozaki (1997) Pore Size Regulation of
TiO2 by Use of a Complex of Titanium Tetraisopropoxide and Stearic Acid // Chem.
Commun., №22, 2219-2200.
3. C.-C. Wang, J. Y. Ying (1999) Sol-Gel Synthesis and Hydrotermal Processing of Anatase
and Rutile Titania Nanocrystals // Chem. Mater, 11, 3113-3120.
4. K. Cassiers, T. Linsen, V. Meynen, P. Van Der Voort et al (2003) A New Srategy Towards
Ultra Stable Mesoporous Titania With Nanosized Anatase Walls // Chem. Commun., №10,
1178-1179.
5. Н. А. Шабанова, В. В. Попов, П. Д. Саркисов (2006) Химия и технология
нанодисперсных оксидов // М.: Академкнига.