一种二氧化钛氢敏材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种二氧化钛氢敏材料的制备方法。
背景技术
氢是21世纪的新兴清洁能源。为了对其安全使用，氢气泄漏检视是一项至关重要的工作。为能更好地进行这一工作，人们制得了多种氢敏材料。氢敏变色材料更是由于连人眼都可进行定性检测，不受其他检测仪器限制而受到欢迎。
对氢气检测，研究者们有两大趋势，一种是将氢敏材料作为氢气检测器中的氢敏元件。另外一种是将氢敏材料直接用于运输装置上(如管道)观察氢气泄漏前后颜色的变化来检测氢气，称为光学色敏示氢法。目前光学色敏示氢法使用的材料都需要大量的贵金属或稀有金属作为反应催化剂，材料成本极大。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化钛氢敏材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种二氧化钛氢敏材料的制备方法，其包括如下步骤：
步骤1、物料准备：称取钛酸四丁酯和PdCl2，钛酸四丁酯和PdCl2的质量比为190-200:1；
步骤2、制备混合物：先向烧杯中加入乙二醇单甲醚，依次加入步骤1中的钛酸四丁酯和PdCl2，搅拌溶液使其溶解后加入等体积去离子水，再加入氢氧化钠稀溶液，并实时监测溶液的pH值，当pH达到10-11时，待溶液水解完全，然后加入稀盐酸，直至混合物悬浮液的pH达到7-8；
步骤3、热处理：对步骤2中pH达到7-8的混合悬浮液放置于高压釜中进行加热，加热温度范围设置为100-150℃，加热时间设置为60-600分钟；待加热预设的时间后，将悬浮液离心过滤、真空干燥，得到二氧化钛氢敏材料。
进一步地，所述钛酸四丁酯和PdCl2的质量比为200:1。
进一步地，在步骤3中，所述加热温度为120℃。
进一步地，在步骤3中，所述加热时间为360分钟。
进一步地，在步骤2中，乙二醇单甲醚与去离子水的添加体积相同。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：制备方法简单，减少贵金属的使用量，降低材料的成本，节约能量；制备得到二氧化钛氢敏材料的变色性能好，响应速度快。
具体实施方式
下面结合所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：二氧化钛氢敏材料的制备方法
步骤1、物料准备：使用分析天平称取一定量的钛酸四丁酯和PdCl2，钛酸四丁酯和PdCl2的质量比为190-200:1，钛酸四丁酯和PdCl2的质量比优选为200:1，其中，PdCl2优选占最终二氧化钛氢敏材料总重量的2％；
步骤2、制备混合物：先向烧杯中加入乙二醇单甲醚，依次加入步骤1中的钛酸四丁酯和PdCl2，搅拌溶液使其溶解后加入去离子水(乙二醇单甲醚与去离子水优选等体积添加)，再加入氢氧化钠稀溶液，并实时监测溶液的pH值，当pH达到10-11时，待溶液水解完全，然后加入稀盐酸，直至混合物悬浮液的pH达到7-8；
步骤3、热处理：对步骤2中pH达到7-8的混合悬浮液放置于高压釜中进行加热，加热温度范围设置为100-150℃，优选为120℃，加热时间设置为60-600分钟，优选为360分钟。待加热预设的时间后，将悬浮液离心过滤、真空干燥，得到二氧化钛氢敏材料；
实施例二、变色试验
试验过程如下：向不同制备条件下得到的二氧化钛氢敏材料中通入氢气，观察和记录二氧化钛氢敏材料的颜色变化与响应时间，二氧化钛氢敏材料以粉末状态存在
试验1：热处理温度为100℃得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后没有变色；
试验2：热处理温度为110℃得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为5分钟；
试验3：热处理温度为120℃得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为2分钟；
试验4：热处理温度为130℃得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为3分钟；
试验5：热处理温度为140℃得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为5分钟；
试验6：热处理温度为150℃得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为5分钟；
以上材料的热处理时间均为180分钟。
接下来，固定热处理温度为120℃，改变热处理时间，进一步做变色实验。
试验7：加热时间为60分钟得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为10分钟；
试验8：加热时间为180分钟得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为2分钟；
试验9：加热时间为360分钟得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为1分钟；
试验10：加热时间为480分钟得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为3分钟；
试验11：加热时间为600分钟得到的二氧化钛氢敏材料通入氢气后变色时间为5分钟；
试验1-6中涉及的二氧化钛氢敏材料是在步骤2中得到的pH为7-8混合物悬浮液均分为6等份，分别在不同的温度下进行热处理，热处理时间均为180分钟；试验7-11中涉及的二氧化钛氢敏材料是在步骤2中得到的pH为7-8混合物悬浮液均分为5等份，在120℃温度下进行热处理，不同的是热处理时间不一样。
实施例三、二氧化钛氢敏材料的试验结果分析
经过试验，测试表明不同制备条件下得到的二氧化钛氢敏材料粉体都会由灰白色变成灰黑色，但变色时间不同，在热处理时间均为180分钟条件下，120℃热处理的材料变色时间最短，当固定热处理温度为120℃，热处理时间为360分钟所得到材料的变色时间最短。
热处理温度、热处理时间不同材料的变色性能比较如下表1：
表1不同热处理温度和时间下材料的变色性能
制作该材料时，优先考虑氢敏材料中钯的晶相形成，因为一旦氢气被解离，无论彼时TiO2的晶格结构处在何种晶相，材料颜色都会发生一定改变。但如果钯晶格形成的不够好，则在一开始的氢气解离阶段就困难重重，表现为较长的响应时间或者根本不变色，例如100℃下处理的氢敏材料根本不变色，主要是此温度水热环境下，钯晶相很难生成。之后考虑钯与TiO2结构的复合作用和TiO2的晶格结构。根据不同加热时间对于材料性能的影响，加热的时间会影响晶格的结构组成导致变色效果不同，且综合变色效果及能量节约选择最佳热处理条件。
通过实验证明了制备过程中热处理的必要性，并针对热处理时间进行了探究，最佳热处理温度为120℃，热处理时间为360分钟。
对于二氧化钛材料，选择PdCl2作为掺杂物质，掺杂量为2％(PdCl2占氢敏材料总重量的2％)。通过材料的变色性能测试，制备的二氧化钛氢敏材料具有良好的响应时间和较好的变色对比度。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
