纳米二氧化钛的制备技术及其研究进展
纳米TiO2的制备技术及其研究进展
摘要：本文中主要总结归纳了目前制备纳米TiO2的方法，具体可按反
应的主要条件分为物理法、化学法、综合法和其它方法，并系统的对各个方法进行了较为详细的介绍，为实验前快速决定实验方案提供了一定的参考依据。
关键词：纳米TiO2、物理法、化学法、综合法
Preparation Technology and the Prograss of Study on Nanometer TiO2
This article mainly summarise and
纳米材料指颗粒尺寸为纳米级的超细颗粒，其尺寸大于原子簇但小于微米级，一般介于1nm～100nm之间。纳米粒子因其尺寸小，比表面积大，表面原子数多，表面能和表面张力随离径的下降急剧增大而具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应等不同于常规固体的光，热，电，磁等新特性。
纳米TiO2是一种新型的无机材料，粒径在10nm～50nm，相当于普通钛白粉的十分之一，与常规材料相比，纳米二氧化钛具有独特功能：1.比表面积大，2.磁性强，具有极强的吸收紫外线的能力，4.表面活性大，5.热导性好，6.分散性好，制得的悬浮液稳定7.奇特的颜色效应8.较好的热稳定性9.化学稳定性和优良的光学，电学，力学等方面的特性。其中的锐钛矿具有较高的催化效率；金红石型结构比较稳定，具有较强的覆盖力，着色力和紫外线吸收能力。因此在催化剂载体，紫外线吸收剂，高效光敏剂，防晒护肤化妆品，塑料薄膜制品，水处理，精细陶瓷，器皿传感元件等领域具有广泛的用途。
TiO2晶体基本结构单元都是钛氧八面体（TI-O6），由于TI-O6连接形式的不同，构成了正方晶系金红石型（Rutile）,斜方晶系的锐钛矿型（Anatase）和正方晶系的板钛矿型（Brookite）3种晶型。天然TIO2各变体晶体具有不同的结晶形态。金红石型呈短柱状，长柱状或针状；锐钛矿性常呈双锥状；板钛矿型则呈板状，而自然界中金红石型分布最广，锐钛矿和板钛矿则少见。板钛矿型和锐钛矿型都属亚稳相，可分别在一定温度与压力下转变为金红石型。
目前制备纳米TiO2粉体的方法有很多，按照所需粉体的形状，结构，尺寸，晶形，用途而选用不同的制备原理。这些方法可分为物理法，化学法，综合法和其它方法。物理法又称为粉碎法（是最早采用的纳米材料的制备方法），对粉碎设备的要求高。它采用高能消耗的方式，“强制”材料“细化”得到纳米材料；它的优点是材料纯度高，但一般很难达到真正的纳米级。化学法可根据反应物的物态，将其划分为气相法，液相法和固相法三种。气相法反应速度快，且过程易于放大，能实现连续化，但对设备的要求高，投资大；固相法工艺简单，但不易实现化学计量控制；液相法来源广泛，设备简单，成本较低。总体而言，此类方
法制得的纳米粉产量大，对粒子直径可控，也可得到纳米管和纳米晶须；同时，该法能方便的对粒子表面进行碳，硅和有机物的包覆成分修饰处理，使粒子尺寸细小和均匀，性能更加稳定。无论采取哪种方法，制备的纳米粉体都应满足以下条件:表面光洁，粒子的形状及粒径，粒度分布可控；粒子不易团聚；易于收集；热稳定性好，产率高。
1.物理法
1.1气相蒸发沉积法
气象蒸法沉淀法制备纳米TiO2分体的过程为;将金属钛置于钨舟中，在2-10×102Pa的He气氛下加热蒸发，从过饱和蒸汽中凝固的细小颗粒被收集到液氮冷却套管上。然后，向反应室中注入5×103Pa的纯氧，气态颗粒迅速转化成TiO2粉体。利用该方法制备的TiO2纳米粉体是双峰分布，粉体颗粒大小为14nm. 1.2蒸发—凝聚法
将平均颗粒为3um的工业TiO2轴向注入功率为60KW的高频离子炉的Ar- O2混合等离子距中，在大约10000K的高温下，粗粒子TiO2气化蒸发，进入冷凝膨胀罐中降压，急冷得10nm～50nm的纳米TiO2.
2化学法
2.1.气相法
2.1.1低压气体蒸发法
这种方法制备是在低压的氩气，氮气等惰性气体中加热普通的TiO2，然后骤冷生成纳米TiO2粉体，其加热源有电阻加热法，等离子喷射法，高频感应法，电子束法和激光法，可制备100nm以下的TiO2粒子。
2.1.2活性氢—熔融金属反应法
含有氢气的等离子体与金属钛之间产生电弧，使金属熔融，电窝的N2，Ar 等气体和H2溶入熔融的金属，然后释放出来，在气体中形成了金属的超微粒子，用离心收集器或过滤式收集器使微粒与气体分离而获得纳米TiO2微粒。
2.1.3溅射法
此方法是用2块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气，两电极间施加的电压是0.3～1.5kV。两电极间的辉光放电使Ar 离子形成。在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，靶上的TiO2就由其表面蒸发出来，被惰性气体冷却而凝结成纳米TiO2粉末，粒度在50nm以下，粒径分布较窄。
2.1.4流动液体上真空蒸发法
用电子束在高真空下加热蒸发TiO2，蒸发物落到旋转的圆盘下表面油膜上，通过圆盘旋转地离心力在下表面上形成流动的油膜，含有超微粒子的油被甩进了真空室的壁面，然后在真空下进行蒸馏获得TiO2超微粒子。
2.1.5钛醇盐气相水解法
该工艺最早是美国麻省理工学院开发成功，其原理是：以氮气、氦气或空气为载气，把钛醇盐蒸汽分别引入反应器的反应区，钛醇盐蒸汽经喷雾和氮气急冷后形成TI(OR)4气溶胶颗粒，然后再与水蒸气反应，快速水解生成纳米二氧化钛粒子。其反应式如下：
nTi(OR)4(g)+4nH2O (g) →nTi(OH)4(g)+4nROH(g)
nTi(OH)4(s) →n TiO2. H2O (g)
n TiO2. H2O(s) →n TiO2(s)+nH2O(g)
该工艺的特点是：操作温度低、能耗小、对设备材质要求不高，并可进行可
持续生产，不足之处在于原料较贵。
2.1.6 TiCl4氢氧火焰法
该法是将TiCl4气体导入高温的氢氧火焰中进行气相水解，其化学反应式为：TiCl4 (g)+2 H2 (g)+ O2 (g)= TiO2 (s)+4HCl(g)
该工艺制备的纳米粉体产品纯度高，粒径小，表面活性大，分散性好，团聚程度较小。该工艺特点是过程较短，自动化程度高；但因其过程温度较高，腐蚀严重，设备材质要求教研，对工艺参数控制要求准确，因此产品成本较高，一般厂家难以接受。
2.1.7钛醇盐气相分解法
a.电阻炉热裂解法
nTi(OC4H9)4(g)=nTiO2+2nH2O(g)+4nC4H8(g)
Ti(OC3H7)4(g)= TiO2 (s)+4C3H6(g)+2H2O(g)
反应温度一般控制在500℃～800℃,所得的TiO2粒径＜100nm,此法容易获得锐钛钛型或混晶型TiO2。
b.激光诱导热解法
用聚焦脉冲CO2激光辐照TiCl4+ O2体系，在聚焦辐照的高温条件下（焦点区最高温度达1000℃以上），获得了非晶体TiO2。
2.1.8 TiCl4气体氧化法
该法与氯化法制备金红石型的原理相似，只是对控制条件的要求更加复杂和精确。施利毅、李春忠等利用N2携带TiCl4蒸汽，预热到435℃后经套管喷嘴的内管进入高温管式反应器，O2预热到870℃后经套管喷嘴的外管也进入反应器，TiCl4和O2在900-1400℃下反应，生成的TiO2微粒经粒子捕集系统，实现气固分离。该工艺目前还处于小试阶段，其优点是自动化程度高，可制备优质粉体；缺点是蒸发器结构设计复杂。
TiCl4(g)+ O2 (g)= TiO2 (g)+2Cl2(g)
nTiO2 (g)=nTiO2 (s)
2.1.9蒸发—凝聚法制备纳米TiO2
将平均粒径为3um的工业TiO2轴向注入功率为60kW的高频等离子炉的Ar-O2混合等离子矩中，在大约10000K的高温下，粗粒子TiO2气化蒸发，进入冷凝膨胀罐中降压、急冷得10-50nm的纳米TiO2。
2.1.10气体燃料燃烧法
气体燃料燃烧法是20世纪90年代发展起来的一种纳米粉体合成技术，Mquel、V emury、Vima等利用该发成功的合成了包括纳米TiO2在内的多种氧化物粉体。其工艺过程为：经过过量的一氧化碳和氧气在燃烧器中充分燃烧，产生的高温富氧气流与高温TiCl4气流快速混合，反应产生气态TiO2，反应气体经夹套冷却后，由袋滤器手机产物颗粒。
该方法的优点是：可通过控制反应温度、进料和停留时间来控制粒径和晶型；污染小、产物纯度高。
2.1.11惰性气体原位加压（IGC）法制备结构陶瓷用纳米TiO2
此法以金属Ti作源物质，在钼蒸发器中电阻加热值1550℃～1650℃，蒸发15～60min（钛的熔点是1668℃±4℃，沸点3260℃±20℃。在1600℃±50℃，真空条件下有一定蒸汽压）后，送入0.3～0.7KpaH气氛中，形成Ti微粒，并沉积在液N2冷却棒上。然后把棒加热到室温，引入O2（压力约2Kpa）,Ti粉被氧化成纳米TiO2粉末，平均粒径12nm，主要是锐钛型，含少量金红石型。用聚四
氟乙烯刮刀刮下，收集在成型模中，在1.4Kpa压力下室温原位成型压制成一定形状的生坯，然后进行热压烧结或微波烧结成高密度的纳米TiO2陶瓷。这种纳米粉的烧结温度较之普通TiO2粉体要低得多。
2.2.液相法
2.2.1水热合成法
汪国忠等将分析纯TiCl420ml,搅拌下加到200ml二次去离子水中配成稀溶液，再滴加40ml浓H2SO4。将此溶液放入容积500ml，内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中加热，控制反应温度分别在120℃、170℃、210℃下加热12h，取出先后用去离子水和丙酮洗涤，100℃下烘干1h，分别制得了粒径为10nm、18nm 和29nm的锐钛型高纯TiO2纳米晶，并用其测定了TiO2的介电性质。
2.2.2水解法
a. TiCl4碱中和法
以精制的TiCl4为原料，将其稀释到一定的浓度后，加入碱性溶液进行中和水解，所得的TiO2水合物经洗涤、干燥和煅烧即得纳米TiO2产品。美国的Tioxide 公司、日本的原产业公司、芬兰的凯米拉公司都采用这种方法生产，该法主要存在四氯化钛精制难、粉体纯度低以及粒径难以控制等问题。
b. TiOSO4水解法
以TiOSO4为原料，将其配制成一定浓度的溶液后，进行碱中和水解或热水解，形成的TiO2水合物经解离、洗涤、干燥、煅烧后，记得到不同晶型的TiO2产品。
该工艺的优点是原料来源广泛，产品成本较低。但是其工艺路线较长，自动化程度低，各个工艺的工艺参数需要严格控制，不然难以得到分散性较好的纳米TiO2产品。
Sekhar S等研究发现：在用TiOSO4水解法制备纳米TiO2时，搅拌速度的变化对制备过程中的化学动力学并没有影响，当粒子的粒径主要集中在60-80nm或4-8nm之间时，对粒子粒径的影响也可忽略，但当粒子粒径在0.7-1.6um之间时粒子的粒径会随搅拌速度的增大而减小。
c.喷雾热解法
喷雾热解法是将金属盐溶液以雾状喷入高温气氛中，引起溶剂的蒸发和金属盐的热分解，随后过饱和而析出固相，直接获得氧化物纳米粉体；或是溶液喷入高温气氛中干燥，然后经热处理得到粉体。
该法制备的纳米粉体纯度高，形成的颗粒多为球形，颗粒分布均匀，过程可连续控制，但需要高温及真空条件且有些盐类分解时产生有毒气体，因而工艺化生产有一定难度。
d. TiCl4火焰水解法
该法是将导入高温的氢氧火焰中进行气相水解，其化学方程式为：TiCl4 (g)+2H2(g) + O2 (g)= 4HCl(g)+TiO2(s)
该工艺制备的纳米粉体产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小。其工艺特点是过程较短、自动化程度高；但因其过程温度较高，腐蚀严重，设备材质要求较严，对工艺参数要求较准确，一般厂家难以接受。
e.常压水解法
该法具有原料价格低廉、易于操作、无危险性等优点，赵燕禹等以硫酸法生产钛白粉中间产物TiOSO4为原料，采用该法制备锐钛型或金红石型钛白粉。其确定的最佳制备方案是：TiOSO4与尿素物质的量比为1：2，TiOSO4物质的量浓
度为50gL；在反应体系中加入适量表面活性剂，反应温度为85℃±5℃,在高速搅拌下反应2h，始终保持pH为2；反应完成后，产物用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤1次；滤饼在85℃干燥2-3h，最后在700℃焙烧2h，即得到纳米TiO2产品。制备的纳米TiO2超细粉晶相为锐钛型，粒径为7-13nm。当煅烧温度为900℃时，可以得到金红石型TiO2产品。在赵燕禹等所用的该法中大大降低了纳米TiO2的生产成本，为硫酸法钛白粉生产厂家在原有普通TiO2生产的基础上进行纳米TiO2产品的生产提供了一个经济、可行的途径。
2.2.3沉淀法
a.直接沉淀法
在含有一种或多种可溶性盐溶液中，加入沉淀剂后在一定的反应条件下形成不溶性的氢氧化物；将沉淀洗涤、干燥，在经过热分解得到氧化物粉体，其反应过程为（以TiOSO4为例）：
TiOSO4+2NH3·H2O=TiO(OH)2+(NH4)SO4
TiO(OH)2= TiO2(s) + H2O
b.均匀沉淀法
西北大学的雷闫盈等人以硫酸法钛白生产的中间产物TiOSO4为原料，以尿素为沉淀剂，采用该法制备纳米TiO2，在120℃下反应2h后得到了粒径为30-80nm的纳米微粒，并就反应温度、反应时间、反应物配比和反应物浓度对产品收率的影响作了研究。该法的优点是可以得到粒径小、分散度好、纯度高的纳米微粒。
c.水热沉淀法
该法具有以下的优点：首先，可通过控制溶液的组成、浓度、pH、反应温度和压强等因素有效地控制反应和晶体生长；其次，水热合成中的再结晶过程使得产物具有较高的纯度，并且反应过程中使用的仪器设备和反应过程较为简单。用该法合成的产品晶体缺陷少、取向好、结晶度高、晶粒可控，有较高的光催化活性。水热结晶在相对较低的温度下生长，因而可以得到其它方法难以获得的低温同质异构体。
但是它也有一定的缺陷：TiO2对光的利用率低，如果单纯利用紫外光源会造成能源的浪费，虽然已经有不少报道对TiO2进行改性，但效果并不明显；其次，TiO2的固化技术还不够成熟，通常的固化技术降低了催化活性，换需要在此基础理论和实际应用等方面不断的研究。另外，是否可以通过反应条件将一些有机污染物分解得到有用的中间产物，而不是直接降解成TiO2和水这也是一个值得进一步研究的应用方向。
d.包覆沉淀法
石家庄铁道学院的孙秀果等利用该法以混晶纳米TiO2粉体为载体，硅酸钠为包覆剂，成功在纳米TiO2表面包覆致密的二氧化硅膜。用IR、XRD、EDS及TEM进行表征，探讨了煅烧温度对改型前后纳米二氧化钛的晶形、比表面积、热稳定性及光催化降解甲基橙的影响。
2.2.4胶体化学法
a.溶胶—凝胶法
该法可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、活性大的纳米微粒，且反应过程易于控制、副反应少、工艺操作简单、易于工业化生产。通过采用钛酸丁脂或钛酸异丁脂为母体钛源，除此之外，也可选用偏钛酸、TiCl4作为钛源，其它原料包括有机溶剂、抑制剂（螯合剂）、催化剂、分散剂、去离子水等。制备溶
胶时发生的基本反应为水解和聚合反应（包括失水聚合和失醇聚合）：水解反应：Ti(OR)4 +x H2O= Ti(OR)4－x+xROH
失水聚合：TiOH+HOTi= TiO2+ H2O
失醇聚合：TiOR+ HOTi= TiO2+ROH
西北工业大学的李晓娥等采用该法制备出8nm-12nm的纳米TiO2，对反应中的加水量、醇盐的品种与浓度、水解温度、抑制剂、溶剂量及种类、搅拌速度及加料方式、反应器尺寸等影响因素进行了研究，得到了各影响因素的最佳量。廖东亮等以钛酸丁脂为主要原料，考察各个主要影响因素，得到制备纳米TiO2材料的优化工艺条件为：配置无水乙醇与水的混合液，并调节pH=2～3，采用缓慢加料的方式，添加抑制剂，控制凝胶时间，钛醇盐与水的摩尔比为2～4，乙醇与钛醇盐的摩尔比为6～8，溶胶体系pH=2-3,水解成胶化温度为25℃～30℃。制备纳米微粒和纳米膜分别采用不同的抑制剂和凝胶时间。
吴腊英以TiCl4为钛源，对分散剂在溶胶—凝胶法制备中的影响进行了研究，发现采用十二烷基磺酸钠为分散剂可制备出分散性良好、粒径为63nm的纳米TiO2，而以稀土La为分散剂，可形成更小的纳米TiO2粒子。姜国伟等在溶胶—凝胶法的干燥过程中采用了超临界干燥法，并采用正交设计法研究了反应的影响因素，筛选了最佳工艺条件，制备出粒径为11nm～12.3nm的纳米微粒。
b.胶溶法
该法是相转移法的一种，大多以TiOSO4为原料，先是向TiOSO4溶液中加入碱性水溶液，生成TiO2的水合物沉淀，接着加酸使其变成带正电荷的透明溶液，然后再加入阴离子表面活性剂和十二烷基苯磺酸钠，使其溶液胶粒转化为亲油的聚集体，然后再加入有机溶剂，剧烈震荡，使胶体粒子转入有机相中，得有机溶胶，再经回流、减压蒸馏和热处理即得纳米级的TiO2。其化学原理为：沉淀反应：TiO2++OH-→TiO(OH)+
TiO(OH)+ OH-→TiO(OH)2 (白色沉淀)
胶溶反应：TiO(OH)2（沉淀）+H+→TiO(OH)·H2O（溶胶）
热处理：TiO(OH)2→TiO2+H2O
胶溶法制备的TiO2分体分散性好、透明度高、具有较高的烧结活性，但工艺流程较长，成本高，不宜用于工业化生产。
2.2.5微乳法
该法中的微乳液是由水、油（有机溶剂）、表面活性剂、助表面活性剂组成的透明或半透明的、各相同性的热力学稳定体系，由大小均匀、粒径在10nm左右的小液滴组成，在液滴内可增溶各种不同的化合物，特别适合做反应介质。河南师范大学的牛新书等以TiCl4为原料，在以阴离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为主的微乳体系中合成了纳米TiOSO4，制得的TiO2微粒均匀稳定，在有关文献中未见有用此体系制备TiO2超细粉体的报道。通过对染料罗丹明B的降解情况测试了粉体的光催化氧化性能，并考察了pH值和铜氧速率对光催化活性的影响情况。
该法的工艺条件易于控制、设备简单，所得粉体粒径较小且均匀，光催化性能好，但该法制备的超微粒子所消耗的试剂多，成本较高，为了实际应用，应进一步注意试剂的消耗量，回收剩余母液，以便循环利用。
2.2.6超增-溶胶团法
该法是由抚顺石油研究所的王鼎聪等人开发出的一种制备纳米TiO2的方法—超增-溶胶团法。其以TiCl4为钛源，通过对反应进行TEM、XRD、BET吸附
等表征，其微粒晶型为锐钛矿型。其粒度为12nm左右，且微粒呈单分散、二次粒子较少、外形为球形。
2.2.7多重乳液法
该法相对于微乳液等液相法来说，液滴更加细小，即反应空间更小，更易于控制反应生成的颗粒大小。这样反应空间仅限于多重乳液滴的内部，可有效避免粒径之间的进一步团聚，因而得到的纳米粉粒粒径窄、形态规则、分散性能好且大多为球形空腔。
合肥工业大学的蒋利明等用该法将1.0mL钛酸四正丁脂加入到制得的OWO 型多重乳液中，在磁力搅拌器上中速搅拌。将所得的纳米TiO2混浊液离心并与90℃干燥，然后在马弗炉里440℃焙烧，对焙烧后TiO2的做XRD和紫外-可见吸收表征。
2.3固相法
其反应机理大致可以分为以下两类；一类是将大块物质极细的低压气体蒸发法
3.综合法
3.1激光VCD法
激光VCD法集合了物理法和化学法的优点，是一种很好的制备方法。在80年代由美国的Haggery提出，目前该法已合成出一批具有颗粒粒径小、不团聚、粒径分布窄的超细粉，产率较高。J David Casey对CVD进行了进一步的研究指出，在激光CVD法中，用Ti(r-Opr)4作反应物要比采用Ti(O-Bu)4效果好，Ti(r-Opr)4是一种很有前途的反应物。
3.2等离子VCD法
等离子CVD法是利用等离子体产生的超高温激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到纳米颗粒。该方法有两个特点：（1）产生等离子是没有引入杂质，因此生成的纳米粒子纯度较高；（2）等离子体所处空间大，气体流速慢，致使反应物在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热和反应。
4.其它方法
4.1.超重力法制备纳米TiO2
该法是将一定量的TiCl4在冰水浴中缓慢溶解于去离子水中，防止温度过高自发水解，再将溶液倒入带刻度的容器中标定浓度，将配好的溶液注入到储槽内，启动离子泵将其泵入旋转填充床中，待流速稳定后，通入氨气开始反应，用调频变速器调节旋转填充床转子的转速，当pH值达到设定值时停止通入氨气，中止反应，并从出口得到产物浆料，此料液就是TiO2悬浮液。再对悬浮液进行抽滤、滤饼洗涤、100℃干燥、煅烧等后续工艺处理得到纳米TiO2粉体。
4.2.惰性气体原位加压法
先将真空室抽成超真空（10-6Pa），然后通入分析纯惰性气体（如He、Ne气等），并使压力保持在100Pa。再从蒸发源（温度1550℃-1650℃）蒸发纯Ti蒸汽（99.7%）进入惰性气体，惰性气体流将蒸发源附近的超微粒子带到液氮冷却的冷却器上，接着提高冷却器的温度到室温，将压力为1000Pa的O2通入反应釜，纯Ti粉被氧化。将粒子从冷却器上刮下，通过漏斗接收在与真空室相连的成型装置里，然后在室温及大约1.4Gpa压力下加压成型，即的纳米级TiO2超细粉末。
此法所得的纳米级TiO2的尺寸为12nm，品型为金红石型。其优点是：超细粒子的加压形成是在高真空系统中完成的，所得粒子纯净无污染；惰性气体原位加压法有通用性，如既适用于蒸汽压较高的金属Pb、Fe、Mg、Sb的纳米级粒子的制备，也适合于纳米陶瓷CaF2、TiO2、ZnO等的制备；惰性气体原位加压法所得的粒子粒径为2-30nm。此法的缺陷是不能得到高的产量、成本太高、不适于大量生产，仅限于科研。
4.3.喷涂—电感耦合等离子体法
IM的TiCl4超声原子化，使其成为1-2um的小液滴。然后同氩载气一起进入射频电感耦合等离子体（RE-ICP）装置，并且用一个螺旋流动的氩喷涂气作稳定化处理，超细粉末沉积在ICP尾焰石英管上的内壁上，静电粉末收集器与石英管相连。此法所得TiO2，粉末粒径为20-40nm，粒子为球形，形成TiO2的温度区域要比其沸点低得多，所得TiO2的晶型为锐钛型。
4.4.超临界相法
溶液中合成超细TiO2分别是在3个反应器中完成的，这些反应器种填充了近临界密度的异丙醇和0.4M的醇钛盐溶液。乙醇和异丙醇的临界温度为Tc分别为241℃和238.4℃，与醇钛盐气相热解的温度Tc=265℃相差不远，特别适合做临界相流体，临界流体有近似溶液的密度和高溶剂能，但低的粘度和高扩散率几乎与气体接近。这些性质有利于分子碰撞且能够增加反应动力学，能产生高的成核率。此法溶液浓度很低，可以避免粒子间的进一步凝集，低压下超临界溶液作为气体被除去，不再要固液的分离步骤。
将异丙醇-异丙醇钛盐溶液在280℃下反应2h，反应即可完全，这与钛醇盐气相热解温度相近，有超临界法所得固体为锐钛型结构，粒径为30-60nm，热处理后不发生结块。而用气相热分解法制TiO2，最初所得粒径很好（＜20nm），但最终强烈结块，超临界法同溶胶-凝胶法相比，免除了干燥与沉淀步骤，在煅烧过程之前不进行热处理。SC法制的锐钛型TiO2较溶胶-凝胶法制的稳定，例如：SC法，900℃加热4h，20%为金红石型TiO2；溶胶-凝胶法，650℃加热4h，20%为金红石型TiO2。
4.5.高频等离子化学气相沉淀法
RF-PCVD法被认为等离子体技术产业化最有前途的方法之一，其基础反应为：
TiCl4(g)+ O2 (g) →TiO2 (g)+2Cl (g) →TiO2(s)+2Cl 2(g)
将原料TiCl4置于恒温油浴中，设定气化温度，启动搅拌器，程序升温至140℃后恒温，并进行进料系统的预热；同时开启高频等离子发生器和冷却水系统（包括高频线圈、反应器和冷却器），进行预热10-15min，然后向等离子矩管通入Ar燃气和冷却水（纯度99.9℃）；将高频发生器置于工作状态，增加输出功率后被燃气激发、电离，产生等离子体炬，调节电容使系统呈最佳匹配状态（炬苗稳定）。向反应器中通入O2和TiCl4蒸汽，同时开启引风系统，开始实验。改变温度和O2流量，进行不同工艺的实验研究。
4.6.微溶水解法
微波的特点是在不同的深度同时产生热，这种“体加热”作用不仅使加热更迅速，而且更均匀。将偏钛酸用H2SO4溶解，然后用氨水中和至pH=5，过滤，滤饼用去离子水洗净，然后用酸溶解洗净的滤饼，配置成一定浓度和酸度的溶液，放入微波炉加热，沸腾后恒温10min（需调低输出功率，保持微沸），冷却、抽滤、干燥，一定温度下煅烧。
结语
参考文献：
【1】王俊尉等.纳米二氧化钛制备技术的发展*.矿业快报.2006（11）9～13 【2】刘晓熹等.利用工业钛液制备纳米二氧化钛.佛山陶瓷.2006（11）5～7 【3】吴迪等.纳米二氧化钛制备工艺研究进展.钛工业进展.2005.22.（3）32～35
【4】孙秀果等.包覆沉淀法制备氧化硅该行的纳米二氧化钛及其性质.功能材料.2007.38.（11）1898～1907
【5】张晶等.纳米二氧化钛的水热制备及光催化研究进展.无机盐工业.2010.42.（9）6～9
【6】马军委等.纳米二氧化钛制备方法的研究进展.无机盐工业.2006.38.（10）5～7
【7】牛新书等.微乳液法制备纳米二氧化钛及其光催化活性.功能材料.2003.34.（5）548～550
【8】赵燕禹等.常压水解法制备纳米二氧化钛及表征.无机盐工业.2010.42.（6）42～46
【9】邓建国等.影响纳米二氧化钛制备的因素.四川理工学院学报（自然科学版）.2007.20.（2）81～86
【10】王俊尉等.纳米二氧化钛制备方法研究.化工技术与开发.2006.35.（10）12～16
【11】邓建国等.纳米二氧化钛的制备及应用研究. 四川理工学院学报（自然科学版）.2005.18.（3）43～48
【12】蒋利民等.多重乳液法制备空腔状纳米二氧化钛.安徽化工.2009.35.（4）33～36
【13】孙予罕等.共沉淀法制备氧化硅改性的纳米二氧化钛及其性质.物理化学学报.2005.21.（3）229～233
【14】徐惠等.纳米二氧化钛制备技术的研究进展.菏泽学院学报.2007.29.（2）59～62
【15】李大成等.纳米TiO2的制备.四川有色金属.2003.（2）1～8
纳米二氧化钛的制备.docx
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的评价 实验报告 班级： 组别：指导老师: 小组成员:
实验目的： 1. 培养小组自主设计及完成实验的能力和合作能力。 2. 了解纳米二氧化钛的粒性和物性。 3. 掌握溶胶－凝胶法合成TiO2 的方法。 4. 研究二氧化钛光催化降解甲基橙和亚甲基蓝水溶液的过程和性质。 5. 通过实验，进一步加深对基础理论的理解和掌握，做到有目的合成，提高实验思维 与实验技能。 一、溶胶凝胶法制备二氧化钛 1 实验原理：纳米粉体是指颗粒粒径介于1?100 nm之间的粒子。由于颗粒尺寸的微 细化，使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相比，在磁性、 光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出奇异的性能。 纳米Tiθ2具有许多独特的性质。比表面积大，表面张力大，熔点低，磁性强，光吸收性能好，特别是吸收紫外线的能力强，表面活性大，热导性能好，分 散性好等。基于上述特点，纳米Tiθ2具有广阔的应用前景。利用纳米Tiθ2作光 催化剂，可处理有机废水，其活性比普通Tiθ2(约10 μm)高得多；利用其透明性 和散射紫外线的能力，可作食品包装材料、木器保护漆、人造纤维添加剂、化妆 品防晒霜等；利用其光电导性和光敏性，可开发一种Tiθ2感光材料。如何开 发、应用纳米Tiθ2,已成为各国材料学领域的重要研究课题。目前合成纳米二氧 化钛粉体的方法主要有液相法和气相法。由于传统的方法不能或难以制备纳米级 二氧化钛，而溶胶-凝胶法则可以在低温下制备高纯度、粒径分布均匀、化学活 性大的单组分或多组分分子级纳米催化剂[1 ?3]，因此，本实验采用溶胶-凝 胶法来制备纳米二氧化钛光催化剂。 制备溶胶所用的原料为钛酸四丁脂(Ti(O-C4H9)4)、水、无水乙醇 (C2H5θH)以及冰醋酸。反应物为Ti(O-C4H9)4和水，分相介质为C2H5OH，冰 醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过速。使Ti(O-C4H9)4 在C2H5OH中水解生成Ti(OH)4,脱水后即可获得TiO2。在后续的热处理过程中， 只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以获得金红石型和锐 钛型二氧化钛。 钛酸四丁脂在酸性条件下，在乙醇介质中水解反应是分步进行的，总水解
二氧化钛纳米管的制备与应用概要
2012 /2013 学年第 2 学期环保材料课程考核试卷 A■、B□ 课程代码： 17000450 任课教师_施文健考试形式：开卷■、闭卷□ 课程性质：通识□、基础□、专业■、必修■、选修□、考试□、考查■、指选□、跨选□适用年级/专业二年级/环境工程学分/学时数 2/32 考试时间1周…………………………………………………………………………………………………………学号1117030320 姓名陈柱良专业环境工程得分 撰写小论文：环境工程材料――×××研究进展 学生通过对应用于防止、治理、修复环境污染的材料，包括净化材料、环境修复材料以及环境替代材料等材料中就某一种具体的环境工程材料的研究进展进行综述。学生的工作由国内外文献检索、阅读、归纳总结、并对该研究领域进行展望、小论文写作组成。小论文内容：题目、前言（目的意义）、国内外研究现状包括：材料的制备方法、材料表征、理化性能、在环境工程中的应用，写出学生自己的学习后的认识、观点或展望在该领域研究方向及应用前景。具体要求：查阅的中文文献≥10篇、英文文献≥5篇、小论文字数5000字左右、列出参考文献。
二氧化碳纳米管的制备与应用 前言： 纳米TiO 2是一种重要的无机功能材料,多呈颗粒状，它在环境光催化领域作为催化剂已引起广泛重视[1,2]。由于其具有无毒、气敏、湿敏、介电效应、光电转换、光致变色及催化活性高、氧化能力强、稳定性好等优点[3,4]而被广泛应用于各种光催化反应技术中,如自洁材料、介电材料、催化剂极载体、传感器、光催化太阳能电池、光裂解水制氢以及光催化降解大气和水中污染物等领域。Ti02纳米管是其又一种存在形式，纳米Ti02在光催化降解水中有机污染物方面有明显的优势[5]，而且还能够解决汞、铬、铅等金属离子的污染问题。由于纳米管具有大的比表面积，因而具有较高的吸附能力，可望提高其光催化性能；特别是若能在管中填充更小的无机、有机、金属或磁性纳米级颗粒形成一维复合纳米材料，将会大大改善Ti02的光电、电磁、催化及抗菌等性能。目前,对TiO 2纳米薄膜、纳米粉体及掺杂改性的纳米TiO 2复合材料的制备、结构相变及其应用已进行了大量研究。但对于TiO 2纳米管的光电性能、催化性能及其应用的研究还处于起步阶段。TiO 2纳米管是纳米TiO 2的一种新的存在形式,与其他形态的纳米TiO 2材料相比,它具有更大的比表面积和更强的吸附能力,有望进一步提高TiO 2的光电转换效率和光催化性能,特别是若能在该纳米管中掺杂部分无机、有机、金属或者磁性材料而制备出复合纳米材料,则TiO 2纳米管的光电性能和催化活性将得到大大的改善。
纳米二氧化钛的制备
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性评价 实 验 报 告 组别：第七组 组员：曲红玲高晗 班级：应121-2 指导老师：翁永根老师
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性评价 一、实验目的 1、掌握利用简单的原料制备纳米材料的基本方法和原理。 2、了解二氧化钛的应用和多种制备方法的优缺点。 3、了解纳米半导体材料的性质。 4、了解纳米半导体光催化的原理。 5、掌握光催化材料活性的评价方法。 二、实验原理 二氧化钛，化学式为2TiO ，俗称钛白粉。多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌。以纳米级2TiO 为代表的具有光催化功能的光半导体材料，因其颗粒细小、比表面积大而具有常规材料所不具备的优点，以及较高的光催化活性、高效的光点转化性能等，在抗菌除雾、空气净化、废水处理、化学合成及燃料敏化太阳能电池等方面显出广阔的应用前景。 1、纳米二氧化钛的制备 纳米二氧化钛的制备方法有很多。主要分为两类：一类是液相法合成，包括液相沉淀法、液相凝胶法、醇盐水解法、微乳液法及水热法；另一类是气相法合成，包括四氯化钛氢氧焰水解法、四氯化钛气相氧化法、钛醇盐气相氧化法、钛醇盐气相水解法、钛醇盐气相热解法。其中，溶胶凝胶法是近年来制备二氧化钛广泛使用的方法。本试验采用溶胶凝胶法制备二氧化钛。 溶胶凝胶法中，反应物为水、钛酸四丁酯，分相介质为乙醇，冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过度，使钛酸四丁酯在无水乙醇中水解生成()4OH Ti ，脱水后即可得到2TiO 。在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反应时间，就可以得到二氧化钛。 在以乙醇为溶剂，钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反应，钛酸四丁酯在酸性条件下，在乙醇介质中水解反应是分步进行的。 一般认为，在含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团。上述溶胶体系静置一段时间后，由于发生胶凝作用，最后形成稳定的凝胶。此过程中涉及的反应为： ()()OH H C OH Ti O H H OC Ti 944249444+=+ ()()OH H C TiO H OC Ti OH Ti 942494442+=+ ()O H TiO OH Ti 2242+? 2、光催化活性评价 光触媒在光照条件下（可以是不同波长的光照)所起到的催化作用的化学反应，通称为光反应。光催化一般是多种相态之间的催化反应。 本次试验是进行紫外光催化活性评价，分别通过测量在亚甲基蓝和甲基橙中，反应前
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征
纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征 盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221 摘要：纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表，探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，最后展望了今后的发展方向。 关键词：纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。 1 纳米二氧化钛的制备方法 1．1 气相法 气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器，进行瞬间混合快速水解反应。通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大，操作温度较低，能耗小，且对材质纯度要求不是很高，可实现连续生产；但控制过程复杂，并且直接影响着产品的晶型和粒径。气相氧化法是以TiC1 为原料，氧气为氧源，氮气作为载气的氧化反应，反应经气、固分离后制得纳米TiO：。该法制得的产品纯度高、分散性好；但设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，自动化程度高，研究开发难度大。气相氢氧火焰法以TiC1 ，H2，O：为原料，将TiC1 气体在氢氧焰中(700～1 000℃)高温水解制得纳米TiO。产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，自动化程度高；但所需温度高，对设备材质要求较高，对工艺参数控制要求精确。气相热解法以TiC1 为原料，在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后，导入反应气体，使之发生热分解反应，最后在反应区沉积出纳米TiO。产品化学活性高、分散性好，可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布；但投资大、成本高。 1．2 液相法 溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。该法制得的产品纯度高、粒径小、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低；但原料价格昂贵、生产成本高，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。化学沉淀法将沉淀剂加入TiOSO，H TiO，或TiC1 溶液中，沉淀后进行热处理。该法工艺过程简单，易工业化，但易引入杂质，粒度不易控制，产物损失多。水解法以四氯化钛或钛醇盐为原料，经水解、中和、洗涤、烘干和焙烧制得纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径均匀；但水解速度快、反应难控制、成本大、能耗高、难以工业化生产。水热法以TiOSO，TiC14或Ti(OR)4为原料，高温高压下在水溶液中合成纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径分布窄、晶型好；但对设备要求高、能耗较大、操作复杂、成本偏高。在综合对比研究了纳米二氧化钛的各种制备方法后，提出了利用偏钛酸原料廉价易得的特点，简化工艺过程，采用化学沉淀法来制备纳米TiO的工艺方案，并进行了长时间的中试，现就该工艺的特点及中试过程中所遇到的问题进行阐述。 1 气相法制备二氧化钛 气相法一般是通过一些特定的手段先将反应前体气化，使其在气相条件下发生物理或化学变化，然后在冷却过程中成核、生长，最后形成纳米TiO2颗粒。 1.1 化学气相沉积法
纳米二氧化钛的制备及性质实验
南京信息工程大学综合化学实验报告 学院：环境科学与工程学院 专业：08应用化学 姓名：章翔宇 潘婷 袁成 钱勇 2010年6月25号
纳米二氧化钛的制备及性质实验 1、实验目的 熟悉溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛的方法及相关操作； 理解二氧化钛吸附实验的原理和操作； 掌握数据处理的方法 2、溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛 2.1 需要的仪器 恒压漏斗、茄行烧瓶、量筒、移液管、铁架台、磁力搅拌、磁子、冷凝管、温度计、烘箱、研钵 2.2 需要的试剂 钛酸丁酯异丙醇浓硝酸蒸馏水 2.3 实验步骤 1.50ml钛酸丁酯溶16ml的异丙醇中，摇匀（在恒压漏斗中进行） 得到溶液A 2.取200ml 的蒸馏水，加入0.32 ml 的浓硝酸，摇匀（在茄行烧瓶中进行），得到 溶液B 3.将烧瓶固定在铁架台上，进行磁力搅拌，将溶液A 逐滴滴加至溶液B中，使两溶液 缓慢接触，并进行水解反应，得到溶液C 溶液C室温回流，记载下当时的室温 4.回流分若干天进行，保证回流时间不少于48小时，得到溶液D 5.蒸干方式：将溶液D进行水浴加热85度并不断搅拌将水分蒸发干，得E 6.将E放入烘箱100烘干 7.研磨至粉末状； 2.4 实验结果 1、回流分4天进行，总计回流时间50小时，室温为15℃。 2、经研磨，得到白色细粉末状固体。称量得二氧化钛质量为11.233g,理论产量不小于11.785g，损失为产品转移过程中损失。 3、纳米二氧化钛性质实验 3.1 二氧化钛吸附试验 1、仪器：烧杯（500mL），容量瓶（1000mL），样品瓶（6个），电子天平，磨口瓶，超 声波清洗机，玻璃注射器，过滤器，分光光度计 2、试剂：二氧化钛粉末，染料X-3B（分子量615），蒸馏水 3、实验步骤： 1、用电子天平称取60mg染料，配成1000mL的60mg/L溶液（避光保存）。 2、将烧杯润洗后，倒入100ml染料溶液，再倒入称量好的50mg的二氧化钛粉末。 静置后置于超声波清洗机中（70℃超声40分钟，注意避光）。剩余原液取样保存编
二氧化钛的各种制备方法
取200mL浓度为1mol/L的TiOSO 4 溶液装入容量为500mL的烧杯中，将烧杯放入高 压蒸气釜内，用温度为125℃的蒸气加热2 h后取出，TiOSO 4 水热解生成的白色偏钛酸，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得含固量为%的偏钛酸备用。取200mL浓度为 1mol/L的TiOSO 4 溶液，在搅拌条件下，用2 mol/L氢氧化钠溶液中和，直至溶液的pH=5，溶液中生成胶状二氧化钛前驱体正钛酸，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得含固量为%的正钛酸备用。 1.载银二氧化钛的制备方法： 分别在46gH 2TiO 3 和195gH4TiO4中加入50mL浓度为L的AgNO3溶液，磁力搅拌并加热 直至大部分水挥发，置于80℃的干燥箱中烘干，取出碾磨得未煅烧的载银粉体；在偏钛酸和正钛酸上进行载银的样品分别记为AT1和AT2。分别将AT1和AT2放入马弗炉中，在空气环境下分别以2℃/min速度从室温加热至700℃或900℃煅烧并保温2 h，取出自然冷却后，放入研磨机内研磨4h得含银%的载银二氧化钛粉体。700℃和900℃煅烧后AT1和AT2载银粉 2.溶胶凝胶法制备纯TiO2 薄膜 以钛酸丁酯为前驱体，按n［Ti( OC 4H 9 ) 4 ］∶n［C 2 H 5 OH］∶n［NH( CH 2 CH 2 OH) 2 ］∶ n［H 2 O］=1∶23∶2．5∶10摩尔配比，先将2 /3 无水乙醇、钛酸四丁酯和二乙 醇胺混合，搅拌2 h。再将余下1 /3 无水乙醇和去离子水的混合溶液逐滴加入上述溶液中，继续搅拌 h，得到稳定澄清的溶胶溶液，静置48h。采用自制的拉膜机，以石英玻璃为薄膜载体(实验前依次经过丙酮、水、乙醇超声清洗10 min)，每浸渍提拉一层膜在100℃下干燥10 min，涂膜四层后，将样品置于马弗炉中以 约2℃·min－1升温到600℃保温2 h 后，随炉温冷却，制得纯TiO 2 薄膜。 3.在空心微球表面定向生长TiO2纳米棒 配制1mol/L的钛酸四丁酯甲苯溶液, 将空心微球在其中浸没10min, 然后抽滤,用甲苯、去离子水洗涤. 如此循环10次, 使空心微球表面包覆一层TiO2 薄膜.将如此处理过的空心微球放入马弗炉中, 在550℃下煅烧2h,自然冷却后取出.在60mL盐酸(37%)/水(1∶1, 体积比)溶液中, 加入2g钛酸四丁酯, 搅拌至透明. 加入上述煅烧过的空心微球, 搅拌10 min后转入水热反应釜中, 密封并在150℃下水热反应4 h.自然冷却后, 经过离心分离、乙醇洗涤、干燥, 得到表面定向生长有二氧化钛纳米棒的空心微球. 4.硬脂酸凝胶法合成纳米TiO2 将硬脂酸放入三口瓶中,70℃下使硬脂酸熔融形成透明的溶液,机械搅拌下将一定量的钛酸四丁酯加入到已熔融的硬脂酸中,硬脂酸:钛酸四丁酯=1:2(摩尔比),75℃下磁力搅拌3 h,形成半透明的棕红色溶胶,自然冷却形成凝胶后,置于马弗炉中450℃煅烧2 h,研磨后得到纳米T iO2粉体。
二氧化钛的各种制备方法2
1.硫酸氧钛溶液热水解和中和水解法制备偏钛酸和正钛酸 取200mL浓度为1mol/L的TiOSO4溶液装入容量为500mL的烧杯中，将烧杯放入高压蒸气釜内，用温度为125℃的蒸气加热2 h后取出，TiOSO4水热解生成的白色偏钛酸，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得含固量为21.6%的偏钛酸备用。取200mL 浓度为1mol/L的TiOSO4溶液，在搅拌条件下，用2 mol/L氢氧化钠溶液中和，直至溶液的pH=5，溶液中生成胶状二氧化钛前驱体正钛酸，过滤后，用蒸馏水洗涤数次，得含固量为5.1%的正钛酸备用。 2.载银二氧化钛的制备方法： 分别在46gH2TiO3和195gH4TiO4中加入50mL浓度为9.3mmol/L的AgNO3溶液，磁力搅拌并加热直至大部分水挥发，置于80℃的干燥箱中烘干，取出碾磨得未煅烧的载银粉体；在偏钛酸和正钛酸上进行载银的样品分别记为AT1和AT2。分别将AT1和A T2放入马弗炉中，在空气环境下分别以2℃/min速度从室温加热至700℃或900℃煅烧并保温2 h，取出自然冷却后，放入研磨机内研磨4h得含银0.5%的载银二氧化钛粉体。700℃和900℃煅烧后AT1和AT2载银粉 3.溶胶凝胶法制备纯TiO2 薄膜 以钛酸丁酯为前驱体，按n［Ti( OC4H9 ) 4］∶n［C2H5OH］∶n［NH( CH2CH2OH)2］∶n［H2O］=1∶23∶2．5∶10摩尔配比，先将2 /3 无水乙醇、钛酸四丁酯和二乙醇胺混合，搅拌2 h。再将余下1 /3 无水乙醇和去离子水的混合溶液逐滴加入上述溶液中，继续搅拌0.5 h，得到稳定澄清的溶胶溶液，静置48h。采用自制的拉膜机，以石英玻璃为薄膜载体(实验前依次经过丙酮、水、乙醇超声清洗10 min)，每浸渍提拉一层膜在100℃下干燥10 min，涂膜四层后，将样品置于马弗炉中以约2℃·min－1升温到600℃保温2 h 后，随炉温冷却，制得纯TiO2薄膜。 4.在空心微球表面定向生长TiO2纳米棒 配制1mol/L的钛酸四丁酯甲苯溶液, 将空心微球在其中浸没10min, 然后抽滤,用甲苯、去离子水洗涤. 如此循环10次, 使空心微球表面包覆一层TiO2 薄膜.将如此处理过的空心微球放入马弗炉中, 在550℃下煅烧2h,自然冷却后取出.在60mL 盐酸(37%)/水(1∶1, 体积比)溶液中, 加入2g钛酸四丁酯, 搅拌至透明. 加入上述煅烧过的空心微球, 搅拌10 min后转入水热反应釜中, 密封并在150℃下水热反应4 h.自然冷却后, 经过离心分离、乙醇洗涤、干燥, 得到表面定向生长有二氧化钛纳米棒的空心微球. 5.硬脂酸凝胶法合成纳米TiO2 将硬脂酸放入三口瓶中,70℃下使硬脂酸熔融形成透明的溶液,机械搅拌下将一定量的钛酸四丁酯加入到已熔融的硬脂酸中,硬脂酸:钛酸四丁酯=1:2(摩尔比),75℃下磁力搅拌3 h,形成半透明的棕红色溶胶,自然冷却形成凝胶后,置于马弗炉中450℃煅烧2 h,研磨后得到纳米T iO2粉体。
纳米材料的制备以及表征教学总结
纳米材料的制备以及表征 纳米科技作为21世纪的主导科学技术，将会给人类带来一场前所未有的新的工业革命。纳米科技使我们人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米材料是目前材料科学研究的一个热点，纳米材料是纳米技术应用的基础。科学家们正致力于研究对纳米材料的组成、结构、形态、尺寸、排列等的控制，以制备符合各种预期功能的纳米材料。 低维纳米材料因其具有独特的物理化学特性以及在各个同领域的广泛应用 而受到国内外许多科研小组的广泛关注。钒氧化物纳米材料因为具有良好的催化性能、传感特性及电子传导特性而成为研究低维纳米材料物理化学现象的理想体系。尤其是对钒氧化合物纳米线、纳米带、纳米管的结构与性能的研究日益深入。另外，稀土正硼酸盐纳米材料因其独特的发光性能、电磁性能引起了广大科研小组的浓厚兴趣，是低维纳米材料领域研究的一个热点内容。 1.绪论 1.1纳米材料的发展概况 早在60年代，东京大学的久保良吾(Kubo)就提出了有名的“Kubo效应”， 认为金属超微粒子中的电子数较少，而不遵守Femri统计，并证实当结构单元变得比与其特性有关的临界长度还小时，其特性就会发生相应的变化。70年代末80年代初，随着干净的超微粒子的制取及研究，“Kubo效应”理论日趋完善， 为日后纳米技术理论研究打下了基础。人们对纳米颗粒的结构、形态和特性进行了比较系统的研究，描述金属微粒费密面附近电子能级状态的久保理论日趋完善，并且用量子尺寸效应成功地解释了超微粒子的某些特性[3]。最早使用纳米颗粒 制备三维块体试样的是德国萨尔兰大学教授H.Gletier，他于1984年用惰性气体蒸发、原位加压法制备了具有清洁表面的纳米晶Pd、cu、Fe等[4]，并从理论及性能上全面研究了相关材料的试样，提出了纳米晶材料的概念，成为纳米材料的创始者。1987年美国Argon实验室sigeel博士课题组用相同方法制备了纳米陶 瓷TIOZ多晶体。纳米技术在80年代末和90年代初得到了长足发展，并逐步成为一个纳米技术体系。1990年7月，第一届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩 召开，标志着纳米科学技术的正式诞生;正式提出了纳米材料学、纳米生物学、
二氧化锰纳米材料的制备与表征
二氧化锰纳米材料的制备与表征 [摘要] 研究以KMnO4为氧化剂用水热合成法制备MnO2不同纳米晶型的过程，并以X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)等方法对其进行了表征。结果表明，在水热反应过程中，反应时间改变会使MnO2晶型及其形貌发生转变。 [关键词] 二氧化锰晶型水热合成纳米结构α-MnO2 β-MnO2 1.引言 纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而越来越受到人们的重视。锰氧化合物不仅资源丰富、价格低廉、对环境无污染，而且具有多变的组成、复杂的结构、奇特的功能，因而在电子、电池、催化、高温超导、巨磁阻材料、陶瓷等领域显示出广阔的应用前景，所以其制备方法、结构表征、反应机理及应用的研究备受瞩目。其中MnO2作为一种重要的无机功能材料，在催化和电极材料等领域中已得到广泛的应用。 Xie 等证实空壳海胆结构的α-MnO2作为锂电池的阴极材料比实心海胆状α-MnO2和单分散α-MnO2 纳米棒更有效；Yang等报道氧化锰纳米棒对甲基蓝的氧化分解反应具有良好的催化效果；Ma等也证明了层状二氧化锰纳米带是充电锂电池理想的阴极材料。目前研究较多的是MnO2和锰酸盐,常用的制备方法有固相合成法、溶胶凝胶法、沉淀法等。 通常MnO2的活性随其所含结晶水的增加而增强,结晶水能促进质子在固体相中的扩散，因此γ- MnO2是各种晶型MnO2中活性最佳的。但在非水溶液中, MnO2 所含的结晶水反而会使它的活性下降。如在Li-MnO2电池正极材料中，以α-MnO2性能最差，含少量水分的γ-MnO2较差，无结晶水的β-MnO2较好，γβ-MnO2(混合)最好。所以γ-MnO2 在作为阴极材料之前，必须对其进行热处理，并且要除去水分，使晶型结构从γ-MnO2 转变为γβ-MnO2相(混合，以β相含量为65%～80%为最优)。再者，在固体二氧化锰有着较为复杂的晶型结构，如α、β、γ等5种主晶及30余种次晶，因此需要深入理解二氧化锰晶型转变机制。MnO2材料的微观形貌对于其应用有着重要的意义。 本实验以KMnO4和MnSO4·H2O为原料,采用水热合成法在高温反应釜条件下制备MnO2纳米晶型，并借助XRD、SEM、IR等技术对其进行了表征。 2.实验部分 2. 1 试剂与仪器 硫酸锰(分析纯)，中国上海通亚精细化工厂；高锰酸钾(分析纯)，宿州化学试剂厂；盐酸（分析纯），上海博河精细化学品有限公司。
纳米二氧化钛制备方法
1. 纳米TiO 2粉体制备方法 物理法 气相冷凝法: 预先处理为气相的样品在液氮的气氛下冷凝成核制得纳米TiO2 粉体,但该法不适于制备沸点较高的半导体氧化物 高能球磨法: 工艺简单,但制得的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,均匀性差 化学法 固相法: 依靠固体颗粒之间的混合来促进反应,不适合制备微粒 液相法: 就是将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛) ,再经煅烧得到TiO2. 研究最广泛。 以四氯化钛为原料,其反应为 TiCl4 + 4H2O → Ti (OH) 4 + 4HCl , Ti (OH) 4 → TiO2 + 2H2O. 以醇盐为原料,其反应为 Ti (OR) 4 + 4 H2O → Ti (OH) 4 + 4 ROH , Ti (OH) 4 ???→煅烧 TiO2 + 2 H2O. 主要包括硫酸法、水解法、溶胶-凝胶(Sol2gel) 法、超声雾化、热解法等。 溶胶- 凝胶法就是将钛醇盐制备成二氧化钛溶胶. 为了得到多孔催化剂,通常采用煅烧等方法将凝胶进行干燥,去除溶剂,制得干凝胶. Dagan 等[25 ]采用超临界干燥法所制得的TiO2气凝胶孔隙率为85 % ,比表面积高达600 m2·g - 1 ,晶粒尺寸为5. 0 nm ;对水杨酸的光催化氧化表明该催化剂具有比Degussa P - 25 TiO2粉末更高的催化活性.
气相法: 其核心技术是反应气体如何成核的问题. 通过四氯化钛与氧气反应或在氢氧焰中气相水解获得纳米级TiO2 ,目前德国Degussa 公司P-25 粉末光催化剂是通过该法生产的 常用的化学制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、喷雾热解法、水热法和氧化- 还原法等。 2. 纳米TiO2薄膜制备方法： 除了与粉体制备相同的制备方法如溶胶-凝胶法、热解法外,还有液相沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)： 制备的薄膜纯度高,且制备工艺简单,易批量生产; 水热合成法： 通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀，然后在酸性或碱性溶液中胶溶得到溶胶物质，将溶胶在高压釜中进行水热Ostwald熟化。熟化后的溶胶涂覆在导电玻璃基片上，经高温(500℃左右)煅烧，即得到纳米晶TiO2薄膜。也可以使用TiO2的醇溶液与商业Ti02(P25，3Onm)混合以后得到的糨糊来代替上面提到的溶胶。反应中为了防止颗粒团聚，通常采用化学表面改性的方法，如加有机螫合剂、表面活性剂、乳化剂等，以降低粉末表面能，增加胶粒问静电排斥，或产生空问位阻作用而使胶体稳定。这些有机添加剂在高温煅烧阶段会受热分解除去. 是溶胶-凝胶法的改进方法，主要在于加入了一个水热熟化过程，由此控制产物的结晶和长大，继而控制半导体氧化物的颗粒尺寸和分布，以及薄膜的孔隙率.得到的Ti02颗粒是锐钛矿型还是锐钛矿型与金红石型的混合物由反应条件(如煅烧温度)决定。水热处理的温度对颗粒尺寸有决定性的影响。一般来说，将溶胶在高压釜中(150Xl05～330×105Pa)于200～250℃处理12h，可得到平均粒径15～20nm的Ti02颗粒。如果用丝网印刷术(也可用刮涂的方法)将TiO2溶胶涂覆在导电玻璃上，则得到
纳米TiO的制备方法综述
纳米TiO2的制备方法综述 1.引言 纳米微粒是指颗粒尺寸在1 nm -100 nm的超细微粒。由于纳米微粒具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应，因而展现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景。其中纳米二氧化钛作为一类无机功能材料备受关注。氧化钛(TiO2)俗称钛白粉，具有无味、无毒、无刺激性和热稳定性好等特点，且来源广泛，极易获得，从晶形角度而言，TiO2分为锐钛矿、板钛矿和金红石三种，其中锐钛矿型和金红石型应用较为广泛。纳米二氧化钛因其具有粒径小、比表面积大、磁性强、光催化、吸收性能好，吸收紫外线能力强，表面活性大、热导性好、分散性好、所制悬浮液稳定等优点，倍受关注。制备和开发纳米二氧化钛成为国内外科技界研究的热点。纳米二氧化钛在水处理、催化剂载体、紫外线吸收剂、光敏性催化剂、防晒护肤化妆品、涂料填料、光电子器件等领域具有广泛的用途。纳米二氧化钛用于涂料是涂料发展的一个重大研究方向，它的开发与应用为涂料的发展注入了新的活力，可利用其各种特殊效应来提高涂料的多方面性能。目前纳米二氧化钛的制备方法主要分为液相法和气相法，本文将对其制备方法进行分类介绍。 2.气相法 气相法通常是采用某些特定的方法使反应前体物质气化，以使其在气相状态下发生化学或者物理变化，继而通过冷却使其成核、生长最终形成颗粒二氧化钛。气相法主要分为物理气相沉积法(PVD)与化学气相沉积法(CVD)，其中PVD是将前提物质通过挥发或者蒸发为气体，然后冷凝成核，从而得到粉体的方法，通常包括热蒸发法、溅射法等。PVD法是制备纳米材料采用的最早方法，多用于制备二氧化钛薄膜。在利用物理气相沉积法制备二氧化钛的过程中并不发生化学反应，所得的二氧化钛粒径小、纯度高、分散性较好，但是成本高、回收率低。[3] 2.1 扩散火焰法 以钛醇盐或四氯化钛、燃料气体和氧气等作为原料，首先将前提气体物质通入火焰反应器中，然后将燃料气体经烧嘴打入空气中，利用扩散作用使其相互混合而达到燃烧的目的，在此过程中气相会发生水解和氧化等作用，随之经过结晶成核、成长、转化晶型等过程最终制得二氧化钛。典型的P25是德国的Deguss公司通过TiCl4氢氧火焰法制的，其反应方程式为: TiCl4(g)+2H2（g）+O2(g)→4Ti02(a)+4HC1(g) (1) 工艺流程见图1： 日本Aerosil公司和美国Cabot公司等也利用此方法制的了超细的纳米二氧化钛粉体。Jang等人分别用五路管径将空气与Ar,O2，Ar/TiCl4加入到经过改进的火焰反应器中，并且利用改变气体浓度来对二氧化钛的粒径和晶型进行控制。从前期文献可见，当反应器火焰的温度在1000℃一1700℃范围内时，可制得粒径在12nm-29nm范围的二氧化钛，所含锐钛矿所占的比例在28%-75%，产量最高可达到20g/h。 Katzer等人将N2 ,CH4 ,Ar/TiCl4与氧气混合使其反应，且通过对电极电场的控制来调整火焰的温度和结构，进而控制纳米二氧化钛的粒径和晶型。 此方法制备的纳米二氧化钛具有小粒径、高纯度、良好的分散性和大的表面活性、较小的团聚现象等优点，但是此过程要求温度较高，工艺参数的控制要比较精确，且对设备材质的要求比较严格，生产成本相对较高。[3] 2.2 TiCl4气相氧化法
纳米二氧化钛制备方法
纳米二氧化钛制备方法 陈早明 郑典模 (南昌大学环境与化学工程学院 江西南昌330029) 摘 要 文章阐述了纳米二氧化钛粒子的制备方法,和各种制备方法的所具有的特点。并提出了目前制备方法所存在的一些不足之处。 关键词:二氧化钛 纳米 制备 1 引言 纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒,它的尺寸大于原子簇,小于通常的微粉。通常,把仅包含几个到数百个原子或尺度小于lnm的称为“簇”,而把粒径在1—100nm之间微粒称为纳米粒子。当小粒子尺寸进入纳米量级时,其本身就具有了量子尺寸效应,小尺寸效应,表面效应和量子隧道效应,因而展现许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景。而纳米二氧化钛(T i02)由于其具有粒径小、比表面积大、磁性强、光催化、吸收性能好,吸收紫外线能力强,表面活性大、热导性好、分散性好、所制悬浮液稳定等优点。因此倍受关注,制备和开发纳米二氧化钛成为国内外科技界研究的热点之一。(1) 2 纳米二氧化钛的制备方法 纳米二氧化钛的制备方法可分为气相法和液相法两大类。 2.1 气相制备法 2.1.1 低压气体蒸发法(1) 此种制备方法是在低压的氩、氮气等惰性气体中加热普通的T i02,然后骤冷生成纳米二氧化钛粉体,其加热源有以下几种:(1)电阻加热法;(2)等离子喷射法;(3)高频感应法;(4)电子束法;(5)激光法,这些方法可制备lOOnm以下的二氧化钛粒子。 2.1.2 活性氢—熔融金属反应法 含有氢气的等离子体与金属钛之间产生电弧,使金属熔融,电离的N2,Ar等气体和H2溶入熔融金属,然后释放出来,在气体中形成了金属的超微粒子,用离心收集器或过滤式收集器使微粒与气体分离而获得纳米二氧化钛微粒。 2.1.3 溅射法(1) 此方法是用两块金属板分别作为阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料,在两电极间充入Ar 气,两电极间施加的电压范围为0.3—1.5kV。由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成。在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面,靶上的T i02就由其表面蒸发出来,被惰性气体冷却而凝结成纳米T iO2粉末,粒度在50nm以下,粒径分布较窄。 2.1.4 流动液面上真空蒸发法 用电子束在高真空下加热蒸发T iO2,蒸发物落到旋转的圆盘下表面油膜上,通过圆盘旋转的离心力在下表面上形成流动的油膜,含有超微粒子的油被甩进了真空室的壁面,然后在真空下进行蒸馏获得T iO2超微粒子。 2.1.5 钛醇盐气相水解法(2) 该工艺最早是由美国麻省理工大学开发成功的,可以用来开发单分散的纳米T iO2,其反应式如下: nT i(0R)4,+2nH2O(g)————>nT iO2(s)
银纳米粒子的合成和表征实验报告
银纳米粒子的合成和表征 一、实验目的 1、学会还原法制备银纳米粒子的方法； 2、熟练掌握TU-1901紫外分光光度仪测量吸收光谱； 3、锻炼实验操作能力以及根据实验现象分析原理，独立思考能力。 二、实验原理 1、化学还原法制备纳米银： 2KBH4+2AgNO3+6H2O→2Ag+2KNO3+2H3BO3+7H2↑ (反应开始后BH4－由于水解而大量消耗：BH4－+H++2H2O→中间体→HBO2+4H2↑) 还原法制得的纳米银颗粒杂质含量相对较高，而且由于相互间表面作用能较大，生成的银微粒之间易团聚，所以制得的银粒径一般较大，分布很宽。 2、TU-1902双光束紫外可见分光光度仪 测量原理：由于银纳米粒子的粒度不同，对于不同波长的光有不同程度的吸收，根据其吸收特性，即最大吸收峰对应的波长，可以判断粒子的大小。 银纳米粒子平均粒径与λmax： 平均粒径/nm <10 15 19 60 λmax/nm 390 403 408 416 三、实验仪器与试剂 仪器：电子分析天平、磁力搅拌器、量筒（5mL）、烧杯（一大一小）、移液管（5mL）、容量瓶（50mL）、比色管（50mL）、TU-1902双光束紫外可见光谱仪、滴管、洗瓶、洗耳球、手套等。 药品试剂：1mmol/L AgNO 3溶液、KBH 4 (固体)、蒸馏水、冰块等。
四、实验步骤、实验现象及数据处理 1、配制1.5mmol/L KBH4溶液 （1）减量法称取0.04gKBH4固体于小烧杯中，少量蒸馏水溶解，转移至 50mL容量瓶中，用蒸馏水洗涤并将洗液转移至容量瓶中（重复3次），用蒸馏水定容至刻度线，摇匀。得15mmol/L KBH4溶液。 （2）用移液管移取上述溶液5mL至50mL比色管，用蒸馏水定容至刻度线，摇匀。得1.5mmol/L KBH4溶液。 实验数据：m(KBH4)=22.6177g-22.5792g=0.0385g c1(KBH4)=m/(MV)=0.0385g/(53.94g/mol×50mL)=14.3mmol/L c(KBH4)=c1V1/V2=(14.3mmol/L×5mL)/50mL=1.43mmol/L 2、制备纳米银： 量筒移取15mL1.5mmol/L KBH4溶液于烧杯中，放入磁子，在冰浴、搅拌条 溶液,继续搅拌15min。 件下，逐滴加入2.5mL1mmol/LAgNO 3 现象：开始滴加AgNO 后溶液变黄，之后颜色逐渐加深，一段时间后变成黄 3 棕色。 3、银纳米粒子的表征 （1）测量银纳米粒子的吸收曲线： 光谱测量→设置测量参数→基线测量（蒸馏水）→样品测量→导出数据（得表1）： 波长(nm) 吸光度A 波长(nm) 吸光度A 波长(nm) 吸光度A 500 0.716 430 0.903 360 0.877 495 0.721 425 0.939 355 0.837 490 0.727 420 0.972 350 0.794 485 0.733 415 1.013 345 0.753 480 0.74 410 1.03 340 0.712
纳米ZnO的制备及表征
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：纳米ZnO的制备及表征. 年级:2015级材料化学日期：2017/09/20 姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵 一、预习部分 1.1氧化锌的结构 氧化锌（ZnO）晶体是纤锌矿结构，属六方晶系，为极性晶体。氧化锌晶体结构中，Zn原子按六方紧密堆积排列，每个Zn原子周围有4个氧原子，构成Zn-O4配位四面体结构，四面体的面与正极面C(00001)平行，四面体的顶角正对向负极面(0001)，晶格常数a=342pm, c=519pm,密度为5.6g/cm3，熔点为2070K,室温下的禁带宽度为3.37eV. 如图1-1、图1-2所示： 图1-1 ZnO晶体结构在C (00001)面的投影 图1-2 ZnO纤锌矿晶格图
2 氧化锌的性能和应用 纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1- 100nm 之间, 由于粒子尺寸小, 比表面积大, 因而, 纳米ZnO 表现出许多特殊的性质如无毒、非迁移性、荧光性、压电性、能吸收和散射紫外线能力等, 利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、杀菌、图象记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。同时氧化锌材料还被广泛地应用于化工、信息、纺织、医药行业。纳米氧化锌的制备是所有研究的基础。合成纳米氧化锌的方法很多, 一般可分为固相法、气相法和液相法。本实验采用共沉淀和成核/生长隔离技术制备纳米氧化锌粉。 3 氧化锌纳米材料的制备原理 不同方法制备的ZnO晶形不同，如： 3.1共沉淀和成核/生长隔离法 借助沉淀剂使目标离子从溶液中定量析出是材料制备领域液相法的重要技术。常规共沉淀制备是将盐溶液与碱溶液直接混合并通过搅拌的方式实现，由于混合不充分，反应界面小、存在浓度梯度、反应速度和扩散速度慢，先沉淀的粒子上形成新沉淀粒子，新旧粒子的同时存在，导致粒子尺寸分布极不均匀。使合成材料的粒子尺寸和均分散性能受到很大影响，其
金纳米粒子的制备及表征研究
金纳米粒子的制备及表征研究 8四川化工第14卷 2019年第3期 金纳米粒子的制备及表征研究 王静 易中周 李自静 (红河学院理学院,云南蒙自,661100) 摘要 以氯金酸为原料,柠檬酸钠为保护剂,成功制备出金纳米粒子,并应用透射电镜和紫外 可见分光光度计对该实验样品进行了表征,结果表明此类纳米粒子尺寸均匀、呈球形单分 散分布。 关键词:纳米金 制备 表征 1 引言 金纳米粒子的制备已经报道了许许多多的方法,其中以柠檬酸盐做稳定剂和还原剂的 化学合成是最为经典的。控制Au(III)和柠檬酸盐的比例,Frens获得了不同尺寸的单分散 金纳米粒子,最小粒径为12nm。这一方法目前已经被广泛使用。由于柠檬酸盐稳定的Au纳米粒子无细胞毒性,在生物医学领域中具有广泛的应用。另一方面,人们为获得单分散或更 小尺寸具有生物相容性的胶体金纳米粒子,使用壳聚糖、多巴胺、氨基酸、环糊精等做稳 定剂和表面修饰的制备研究也有报道[1-4]。此类报道主要是针对体系中的保护剂做改变, 方法类似,但是所制备金纳米颗粒尺寸不是很均匀,分散性较差。 采用柠檬酸钠水溶液体系制备Au纳米粒子,不用加入制备纳米金胶体时常用的高分子 聚合物保护剂PVA(聚乙烯醇)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)等,并且柠檬酸钠对人体无毒副作用。在本研究中提出了一种简单的Au纳米粒子的化学制备方法。通过对胶体溶液UV Vis吸收 光谱和粒子的TEM表征,获得了良好球形和单分散的金纳米粒子,并且尺寸比其他文献所报 道的小,平均粒径只有7-8nm。同时对金纳米粒子成核机理进行了探讨。 [5] 2 1 试剂与仪器
HAuCl4溶液:用王水溶解99 99%纯金制备;柠檬酸钠(分析纯,天津市化学试剂一厂); 水为石英蒸馏器蒸馏的二次水。 仪器:Lambda900UV/VIS/NIR光谱仪(Per kinElmer公司);JEM 2000EX透射电子显微镜。 2 2 Au纳米粒子制备 在100mL烧杯中加入30mg柠檬酸钠水溶液,将其加热至95 ,然后将2ml0 6mg/mlHAuCl4加入水中,保持温度并定容,30分钟后冷却。2 3 纳米粒子的表征 Au纳米粒子用UV Vis吸收光谱表征和TEM表征,TEM的样品制备是将胶体溶液滴在碳 膜覆盖的铜网上,溶液挥发至干,然后在操作电压200kV时摄取TEM图像。 3 结果与机理探讨 3 1 UV Vis吸收光谱表征 当将HAuCl4加入到柠檬酸钠溶液时,溶液的颜色迅速的变成蓝色,随着加热时间增长, 又变为紫色,最后变为红色。当为红色时纳米Au胶体溶液已制备结束。 12 实验部分 第3期金纳米粒子的制备及表征研究粒子的UV Vis吸收光谱图[5,6]。3 2 TEM表征图2为柠檬酸钠水溶液体系所制备的Au纳米粒子的TEM 图。 9 柠檬酸钠还原为Au单质;然后,Au单质在柠檬酸钠保护下进行团聚和不断长大,最后成为Au纳米粒子,但是柠檬酸钠阻止了Au纳米粒子的进一步团聚,控制了较小粒径,并使其 颗粒均匀并呈球形分布。 图3 柠檬酸钠水溶液体系金纳米粒子的热化学合成机理 3 结论 通过较为严格温度控制的柠檬酸钠水溶液体系制备得到的Au纳米粒子: (1)尺寸均匀; (2)呈球形单分散分布;(3)平均粒径只有7-8nm。 参考文献 [1]Marie ChristineDaniel,DidierAstruc.GoldNanoparticles:As sembly,SupramolecularChemistry,Quantum Size RelatedProper
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性的测试
成绩西安交通大学化学实验报告 第页（共页）课程无机化学实验实验日期：年月日专业班号__ __组别____________ 交报告日期：年月日 姓名_ _学号报告退发：（订正、重做）同组者____________次仁塔吉______ __ 教师审批签字： 实验名称纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试 一、实验目的 1.了解制备纳米材料的常用方法，测定晶体结构的方法。 2.了解XRD方法，了解X-射线衍射仪的使用，高温电炉的使用 3.了解光催化剂的（一种）评价方法 二、实验原理 1.纳米TiO2的制备 ①纳米材料的定义：纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于100nm的材 料。 纳米材料由于其组成粒子尺寸小，有效表面积大，从而呈现出小尺寸效应，表面与界面效应 等。 ②纳米TiO2的制备方法：溶胶凝胶法，水热法，火焰淬火掺杂法，阳极氧化法，电泳沉积 再阳极氧化法，高温雾化法，溅射法，光沉积法，共沉淀法。 本实验采取最基本的，利用金属醇盐水解的方法制备纳米TiO2，主要利用金属有机醇盐能 溶于有机溶剂，且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。 该方法的优点：①粉体的纯度高，②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。
③制备原理：利用钛酸四丁酯的水解，反应方程如下 ()()4924944Ti OC H 4H O Ti OH 4C H OH +=+ ()()4924944Ti OH Ti OC H TiO 4C H OH +=+ ()()2244Ti OH Ti OH TiO 4H O +=+ 2. TiO 2的结构及表征 我们通过实验得到的TiO 2是无定形的，二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构： A ：板钛矿 B ：锐钛矿 C ：金红石 无定形的TiO 2在经过一定温度的热处理后，会向锐钛矿型转变，温度更高会变成金红石型。我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。 纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大，由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位，能产生较多的氧空位来捕获电子，所以具有较高的活性；而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO 2，晶化态较好，所以几乎没有光催化活性。 多晶相样品根据XRD 测试获得XRD 图谱。根据图谱的衍射角度对应的峰，我们可以测定各晶相的含量。【用晶相含量百分比表示】（其中20-25为金红石型的特征衍射峰，25-27为锐钛矿型的特征衍射峰） 100%= ?+A A A R A C A A