纳米TiO2材料的制备与表征.ppt

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1、纳米TiO2材料的制备与表征Thesynthesisandtokenofnanometermaterial－TiO2化学傅晓都生物工程王硕实验相关资料什么是纳米材料？纳米材料是指晶体尺度、晶界尺度均处在100nm以下，且晶界数量大幅度增加的晶体。通常，纳米数量级的材料是很容易得到的，比如胶体中物质的颗粒就处于纳米级，但关键的是，要把处于纳米级的物质形成晶体，晶体类型和晶体本身的各种特性对制得的纳米材料都有深刻的影响，因此，纳米材料制备的关键在于晶体控制。TiO2纳米材料纳米TiO2是一种应用前景广阔的半导体材料，它良好的光敏、气敏和压敏等特性，特别

2、是光催化特性E1J，使它在太阳能电池、光电转换器、光催化消除和降解污染物以及各种传感器等方面有着广阔的应用前景。纳米材料一览中国科学家首次打造出的“纳米皇冠”柔软、结实的纳米碳管实验原理溶胶—凝胶法其最主要的物理化学过程就是由金属醇盐的醇溶液向溶胶和凝胶转变所发生的水解和缩聚反应。在醇盐—乙醇—水体系中所发生的反应过程是非常复杂的。通常以金属有机醇盐为原料，通过水解与缩聚反应而制得溶胶，并进一步缩聚而得到凝胶。溶胶的制备溶胶－凝胶转化凝胶的干燥在以Ti(OC4H9)为原料制备纳米TiO2时，Ti(OC4H9)发生如下的水解缩聚反应：TiCl4+ROH

3、=TiCl4-n(OR)n+nHClTiCl4+4NH3+4ROH=Ti(OR)4+4NH4Cl水解：Ti(OBu)4+nH2O=Ti(OBu)4-n(OH)n+nHOBu失水缩聚：Ti－OH+HO－Ti=Ti－O－Ti+H2O失醇缩聚：Ti－OR+HO－Ti=Ti－O－Ti+HOR其中，n＜4时Ti(OC4H9)与少量水发生水解反应生成Ti(OBu)4-n(OH)n单体，如果n＝4，则出现水合TiO2沉淀。在反应中需加入催化剂，目的是为了控制Ti(OBu)4的水解和Ti(OBu)4-n(OH)n单体的缩聚反应速度。均匀分散在醇中的Ti(OBu)4-

4、n(OH)n单体发生失水和失醇缩聚反应，生成Ti—O—Ti桥氧键，并导致二维和三维网络结构的形成。从单体Ti(OBu)4-n(OH)n的式子可以看出，n的不同，也就是加入水量的不同将直接导致产物立体线形、二维或三维结构的不同。根据不同的实际需要，例如，制备TiO2纳米材料薄膜，就需要制备成线形的晶体结构。因此，水量的控制也很重要。TiO2前驱体R基团和R’基团的差越大，越有利于TiO2的生成本次实验R和R’基团为H和Et（乙醇还有进一步的好处）注意：前驱体生成后要降温后再进行生成TiO2的反应。生成TiO2晶体的后期要适当降低机械搅拌的速率（这样可以

5、减少颗粒与颗粒、颗粒与容器壁之间的碰撞，使形成的晶形更好）乙醇在晶体生成时，会在固液界面上形成一层致密的双电层保护膜，抑制溶液中晶核长大，促进新晶核的生成，使得溶液中沉淀处于高度分散状态，使整个过程中晶体的颗粒更加均匀。但过高和过低的乙醇量都是不合适的，所以要控制好乙醇的量。该法得到的纳米TiO2体均匀分布，分散性好，纯度高，煅烧温度低，反应易控制，副反应少，工艺操作简单，但原料成本较高。工业化生产不采用这种方法。目前，中国的TiO2纳米材料的工业化生产工艺还比较落后，实际应用和科研需要主要依靠从日本和美国进口。实验给我们的是TiCl4，工业化生产T

6、iO2也常主要使用此原材料。现在我们要探讨的问题是从TiCl4经过具体的工艺制备得到TiO2材料。制备方案探讨：方案一：金红石型TiO2的制备：在25℃下，向2mol/L的氢氧化钠水溶液中滴加2mol/L的四氯化钛水溶液，到pH＝10.0时滴加完毕，将TiO2水合物过滤，洗涤。用稀盐酸对滤饼在60℃下晶化处理，（在晶体生长后期应降低机械搅拌的速率，这样可以使得结晶均匀，晶体颗粒大小更好）制得TiO2溶胶。将所得的TiO2溶胶用2mol/L的稀氨水中和至pH＝7.0。过滤，用去离子水洗涤除去可溶性盐，再用无水乙醇充分置换滤饼中的水分，然后在100℃下干

7、燥10h，得到未经煅烧的纳米TiO2粉体。把制得的粉体置于马弗炉中在不同温度下热处理2h，制得不同粒径的纳米TiO2晶体。热处理后关闭马弗炉让其自然冷却。以TiCl4为原料，通过盐酸的结晶化处理，制备出金红石型纳米TiO2微晶，这些微晶聚集成长条状的聚集体。纳米TiO2聚集体经过500℃以下的热处理，相互溶合转化为纳米TiO2颗粒，纳米TiO2粒子的原始粒径基本不变。600℃以上的热处理，可以促使纳米TiO2颗粒明显长大。不同粒径的纳米材料有着不同的用途。就其屏蔽紫外线功能来看，根据资料,随着纳米Ti02粒径的增加，可见光的透明性下降，而屏蔽紫外线的

8、波长向长波方向移动。从透明性和紫外线屏蔽性综合考虑，600℃下热处理2h，粒径为50nm左右的Ti02较合适