納米金屬氧化物粒子的制備、性能、形成機(jī)理及表面包覆研究.pdf

1、本文通過(guò)嚴(yán)格控制化學(xué)反應(yīng)條件，制備了不同形貌的三種金屬氧化物粒子：納米TiO2，納米α-Fe2O3和β-FeOOH超微粒子。探求了異形顆粒的形成機(jī)理，光吸收特性及結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。分別以準(zhǔn)球形α-Fe2O3和紡錘形β-FeOOH顆粒為基核，在其表面包覆了SiO2、TiO2、Co3O4等氧化物，制備了核—?dú)な綇?fù)合粒子。 應(yīng)用鈦酸四丁酯(TBOT)的水解反應(yīng)制備了納米TiO2粉。將TBOT常溫下快速水解，得到無(wú)定形TiO2粉。在

2、420～800℃下熱處理，得到銳鈦礦、金紅石和兩相混合結(jié)構(gòu)的粒徑從11～45nm的納米TiO2粉。研究了反應(yīng)條件的變化，包括熱處理溫度、表面活性劑二(2—乙基己基)琥珀酸磺酸鈉(AOT)的加入對(duì)納米TiO2粉結(jié)構(gòu)的影響。并研究了納米TiO2的晶體結(jié)構(gòu)與其光催化活性之間的關(guān)系。提高TBOT的水解溫度到70℃，并在該溫度下陳化48h，可直接得到銳鈦礦結(jié)構(gòu)的納米TiO2晶體。系統(tǒng)研究了溶液的pH值，不同的表面活性劑，包括油酸、十二烷基硫酸鈉(

3、SDS)和AOT對(duì)納米TiO2粉形貌和結(jié)構(gòu)的影響。其中，在SDS作用下得到的納米TiO2粉因粒度小、分散性高、晶化程度高且表面呈疏水性而具有極高的光催化活性，在50min內(nèi)催化降解了100％的羅丹明B(UV-Vis光譜已檢測(cè)不到)。 利用溶膠-凝膠技術(shù)，控制TBOT與正硅酸乙酯(TEOS)的水解速度，使其共同水解成溶膠、凝膠。以乙醇為溶劑進(jìn)行超臨界干燥，經(jīng)過(guò)一定溫度熱處理后，得到暗黃色透明的塊體材料。透射電鏡觀察和X-衍射分析，

4、表明銳鈦礦結(jié)構(gòu)的納米TiO2粒子均勻地分散于無(wú)定形SiO2基質(zhì)中。FT-IR光譜分析發(fā)現(xiàn)納米TiO2顆粒與SiO2基質(zhì)之間存在著Ti-O-Si鍵。在對(duì)羅丹明B水溶液的光催化降解中，此塊體材料顯示較好的光催化活性，光照1h催化降解了86％的羅丹明B。此材料克服了粉狀TiO2在實(shí)際水污染治理應(yīng)用中的局限性，有著廣泛的應(yīng)用前景。 將不同濃度的FeCl3水解，得到了不同長(zhǎng)度的紡錘形β-FeOOH和準(zhǔn)球形α-Fe2O3顆粒。應(yīng)用透射電鏡技

5、術(shù)觀察了紡錘形β-FeOOH形成過(guò)程中顆粒的形貌變化，發(fā)現(xiàn)紡錘形β-FeOOH顆粒是由針形初級(jí)粒子沿長(zhǎng)軸聚集長(zhǎng)大形成。加入表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)后，紡錘形β-FeOOH顆粒形成機(jī)制發(fā)生改變，[β-FeOOH]晶核通過(guò)擴(kuò)散過(guò)程而長(zhǎng)成紡錘形顆粒。CTAB的存在使β-FeOOH顆粒變小而且粒徑更均勻。 通過(guò)控制顆粒的表面化學(xué)環(huán)境，使TBOT在單分散準(zhǔn)球形α-Fe2O3顆粒的表面水解，在α-Fe2O3顆粒的表面生長(zhǎng)一

6、層均勻的TiO2膜，形成TiO2/Fe2O3核—?dú)な綇?fù)合顆粒，TiO2殼層厚度約為15nm。經(jīng)500℃熱處理后，TiO2殼層從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦結(jié)構(gòu)。應(yīng)用透射電子顯微鏡和X-射線衍射譜對(duì)TiO2/Fe2O3核—?dú)な綇?fù)合顆粒的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)定。紫外-可見(jiàn)吸收光譜表明，與純銳鈦礦TiO2和α-Fe2O3的吸收光譜比較，TiO2/Fe2O3核—?dú)な綇?fù)合顆粒吸收峰紅移，最大吸收峰進(jìn)入可見(jiàn)光區(qū)。 將CoCl2或TEOS在準(zhǔn)球形α-Fe

7、2O3的懸浮液中水解，加入少量的尿素或氨水，得到表面包覆鈷氧化物或SiO2的核—?dú)な綇?fù)合顆粒。將表面包覆鈷氧化物的核殼粒子在500℃下熱處理，得到Co3O4/Fe2O3結(jié)構(gòu)的核—?dú)な筋w粒，此核殼顆粒的紫外—可見(jiàn)吸收光譜也發(fā)生紅移。 將TBOT、TEOS在紡錘形β-FeOOH的懸浮液中水解，調(diào)節(jié)溶液的酸、堿性，對(duì)β-FeOOH顆粒的表面用PEI預(yù)處理，得到表面包覆SiO2、TiO2的核—?dú)な綇?fù)合顆粒。β-FeOOH顆粒的預(yù)處理，添