TiO-,2-及鈦酸（鹽）納米材料的合成.pdf

1、TiO<,2>作為一種重要的半導(dǎo)體材料，具有合適的禁帶寬度、大的比表面積、高的光化學(xué)穩(wěn)定性，以及無毒、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作光催化劑，在污水處理及空氣凈化等方面有著重大的潛在的應(yīng)用價(jià)值，因此高催化活性TiO<,2>納米材料的合成對(duì)于基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)具有重要的意義。而離子液體作為新型的有機(jī)溶劑，在無機(jī)納米材料合成方面具有其特殊的功能。開發(fā)新的合成方法，以提高TiO<,2>的光催化活性，同時(shí)拓展離子液體的應(yīng)用研究是本論文的重點(diǎn)。論文

2、包括以下內(nèi)容： 第一章簡要介紹了納米材料的特性，TiO<,2>的結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用，綜述了TiO<,2>的主要合成方法及其研究發(fā)展，同時(shí)介紹了離子液體的特性、在無機(jī)材料合成中的應(yīng)用和功能。在此基礎(chǔ)上提出了本課題的研究背景、主要研究內(nèi)容和擬采取的主要表征手段。 第二章以TiCl<,4>為原料，在強(qiáng)酸性介質(zhì)中用熱分解法制備了納米晶TiO<,2>，用XRD、TEM、HRTEM、N<,2>吸附、UV-Vis等對(duì)其晶形、粒徑、形貌、

3、比表面積、吸光性進(jìn)行了表征。 通過改變鹽酸強(qiáng)度，可得到金紅石純相以及含少量金紅石的銳鈦礦TiO<,2>納米粒子，從成核的角度討論了酸度對(duì)不同晶形TiO<,2>形成的影響。在相同體系中添加離子液體[CnMIM]<'+>Br<'->(n=2，8，16)后，發(fā)現(xiàn)離子液體不僅有助于晶形的改變，而且可使金紅石由顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)榘粜巍Ｍㄟ^改變[EMIM]<'+>Br<'->濃度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物中銳鈦礦/金紅石比例從92％/0.7％到8.8％/91.

4、2％的調(diào)控合成。改變[C<,16>MIM]<'+>Br<'->濃度，可得到純的金紅石TiO<,2>。另外，離子液體陽離子的烷基鏈越長，所得金紅石的純度越高，金紅石棒形的長度也越長。 基于金紅石、銳鈦礦TiO<,6>八面體結(jié)構(gòu)單元的連接方式及其表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出金紅石表面所吸附的離子液體陽離子之間可產(chǎn)生兀.兀相互作用，有利于八面體結(jié)構(gòu)單元的線性連接，從而有助于形成金紅石。 通過對(duì)甲基橙水溶液的降解脫色，研究了不同銳鈦礦/金

5、紅石比的混晶TiO<,2>的光催化性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)金紅石含量較高的混晶具有比較高的光催化活性?；炀е泄獯呋钚缘奶岣咧饕c銳鈦礦和金紅石之間相互協(xié)作的作用有關(guān)。 第三章以鈦酸四丁酯為原料，在離子液體[EMIM]<'+>AcO<'->和水的混合溶劑中用低溫水熱法制備了銳鈦礦TiO<,2>納米晶。用XRD、TEM、Raman、N<,2>吸附、FT-IR、TG、UV-Vis對(duì)純水及混合溶劑中制備的TiO<,2>進(jìn)行了晶形、粒徑、形貌、表

6、面性、熱穩(wěn)定性、吸光性等表征。當(dāng)離子液體的體積比為50％時(shí)，TiO<,2>的結(jié)晶度最高，在此條件下，TiO<,2>的結(jié)晶可在較低溫度及短時(shí)間內(nèi)完成，且產(chǎn)物的純度及熱穩(wěn)定性相對(duì)于純水中所得產(chǎn)物較高。 在離子液體的體積比為0-50％內(nèi)，TiO<,2>結(jié)晶度的提高主要與體系的高離子強(qiáng)度、低黏度有關(guān)，而離子液體的體積比大于50％時(shí)，結(jié)晶度的降低不僅與離子強(qiáng)度、黏度有關(guān)，而且與離子液體自身的相互作用所引起的水結(jié)構(gòu)的變化也有很大關(guān)系。

7、 通過對(duì)甲基橙水溶液的光催化降解脫色，研究了純水及混合溶劑中所得TiO<,2>的光催化性能，在混合溶劑中反應(yīng)24 h所得TiO<,2>的光催化性較好，且高于商業(yè)Degussa P25，光催化活性的提高主要與該產(chǎn)物的晶粒尺寸、比表面積及銳鈦礦含量有關(guān)。 第四章以鈦酸丁酯為原料，以十二胺為模板，離子液體[EMIM]<'+>AcO<'->為助劑，通過低溫水熱合成了片層狀介孔結(jié)構(gòu)的TiO<,2>無定形相，用XRD、TEM、FT-IR、

8、TG對(duì)其進(jìn)行了表征。研究了合成條件如離子液體含量、水量、表面活性劑量對(duì)層狀結(jié)構(gòu)的d值及有序性的影響，過量的離子液體及過少的水量均不利于層狀結(jié)構(gòu)的長程有序性。十二胺是以雙層非交叉直立排布支撐于無定形Ti02的網(wǎng)絡(luò)層之間的。該層狀TiO<,2>介孔相在激發(fā)波長為380 nm時(shí)，可檢測到強(qiáng)的熒光發(fā)射。 第五章以片層狀結(jié)構(gòu)的無定形TiO<,2>為原料，在堿性溶液中用水熱法制備了鈦酸(鹽)納米線，用XRD、TEM、FT-IR、TG等對(duì)其進(jìn)

9、行了表征。在lmol·dm<'-3>的NaOH溶液中得到的是鈦酸鹽Na<,2>Ti<,2>O<,4>(OH)<,2>和Na<,0.23>TiO<,2>混合相納米線；在1mol·dm<'-3>的KOH溶液中得到了直徑為5 nm、長度達(dá)幾十微米的K<,2>Ti<,8>O<,17>納米線；在5 mol·dm<'-3>的NaOH溶液中仍得到混合的鈦酸鹽Na<,2>Ti<,n>O<,2n+1>(n=3，4，5)納米線，經(jīng)過酸洗后，產(chǎn)生了H<,2>

10、Ti<,5>O<,11>納米線，熱穩(wěn)定性較好，600℃完全脫水后轉(zhuǎn)化為TiO<,2>-B，但形態(tài)維持不變；在700℃轉(zhuǎn)化為銳鈦礦TiO<,2>。在10 mol·dm<'-3>的NaOH溶液中得NT直徑為5 nm、長度為50—180 nm的Na<,2>Ti<,2>O<,4>(OH)<,2>納米線，經(jīng)酸洗后其結(jié)晶度降低，且長度變短到小于100 nm，形成H<,2>Ti<,2>O<,4>(OH)<,2>納米棒，納米棒熱穩(wěn)定性差，在不到400℃