纳米TiO2材料的制备与表征.ppt

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TiO2纳米材料纳米材料一览实验原理在以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=TiCl4-n(OR)n+nHCl
TiCl4+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-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TiO2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。

不同温度下得到的晶型(a)为未经热处理的纳米TiO2的TEM照片，呈长条状，长50nm—80nm，宽10—15nm左右，远大于XRD的计算结果(利用ScheHer公式计算)面品粒尺寸为6nm左右)。可以判断这是由TiO2微晶形成的聚集体。图2(b)显示，经过400℃热处理2h，纳米TiO2的颗粒表面已变得光滑，颗粒之间界面明显，说明纳米Ti02微品已相互溶合成为宽度为10一15nm，长度为40—60nm的长条状完整颗粒。图2(c)可以看出，500℃热处理2h与400℃热处理2h相比，纳米Ti02的粒径基本上没有变化。图2(d)表明，600℃热处理2h，纳米TiO2颗粒比500℃热处理2h显著长大，颗粒间有明显的团聚现象。说明600℃已可导致纳米Ti02颗粒问相互合并长大。图2(e)显示，700℃热处理2h，纳米Ti02粒子的粒径已长大到50—70nm，团聚现象进一步加剧。由图2(f)可以看出，当温度达到900℃时，Ti02的粒径为150—350n