实验三_水热法制备纳米二氧化钛
水热法制备高相变温度的二氧化钛纳米结构空心球
精
细
石
油
化
工 1
SPECIA LITY PE TR OCH EM ICA LS
水热法制备 高相变温度的二氧化钛纳米结构空心球
刘姝君
1, 2
刘桂霞
1
董相廷
1
杨晓峰
3
( 1. 长春理工大学化学与环境 工程学院 , 吉林 长春 132022; 2. 吉林工业职业 技术学院 , 吉林 吉林 132013; 3. 中国石油吉林石化研究院 , 吉林 吉林 132021)
时
, 而在 T iO 2 的 3 种晶型
中, 金红石相 T iO 2 光催化性不好 , 板钛矿相 T iO2 不具备光催化性, 只有锐钛矿型纳米晶体具有良 好的光催化性, 较低的相变温度大大限制了 T iO2 在抗菌陶瓷、 自洁陶瓷等需要热处理的光催化材 料中的应用。笔者采用简单的、 无模板的一步水 热法成功制备了具有高相变温度, 由纳米颗粒自
图2 试样的 FESEM 照片
度为 1. 0 # 10 m ol/ L 的罗丹 明 B 溶 液中 , 在 500 W 紫外灯下进行了光催化性能测试。图 5 为
- 5
第 27 卷 第 3 期
刘姝君 , 等 . 水热法制备高相变温度的二氧化钛纳米结构空心球
3
在二氧化钛空心微球的催化下, 不同降解时间后 的罗丹明 B 水溶 液的紫外吸收光谱。由图 5 可 见, 未降解前的罗丹明 B 在 552 nm 处有最大的 紫外吸收, 大约 25 m in 以后纳米二氧化钛空心微 球对 罗丹 明 B 的降 解率 可达 到 100% , 与 文献 [ 10] 相比具有更高的催化活性 , 能在更短的时间 内完全降解罗丹明 B 。
纳米结构空心材料具有低密度高比表面积高的稳定性和表面渗透性的特点同时其空心部分可以容纳大量的客体分子或大尺寸客体从而产生一些奇特的基于微观封装包裹效应的性质使其在化学生物技术材料科学领域具有极其广泛的应用前景如用作微胶囊的缓释材料药物输运轻质填料形状选择吸收剂和催化剂等68
水热法合成二氧化钛及研究进展
水热法合成二氧化钛及研究进展摘要：水热法合成了不同晶型、形貌、大小和研定形貌的二氧化钛。
究了pH值、水热反应温度和水热反应时间对纳米二氧化钛晶型、形貌和晶粒尺寸的影响，对TiO2晶形影响光催化活性的原因进行了探讨。
同时从二氧化钛水解制氢、废水处理、空气净化、抗菌、除臭方面介绍了纳米二氧化钛在环境治理方面的应用和发展趋势，并对纳米二氧化钛的制备方法与应用作出展望。
关键词：二氧化钛；晶型；水热法；光催化；制备；应用纳米二氧化钛(TiO2)具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能。
纳米TiO2是一种重要的无机功能材料, 可应用于随角异色涂料、屏蔽紫外线、光电转换、光催化等领域，在光催化领域环境治理方面具有举足轻重的地位，可应用在环保中的各个领域，它在环境污染治理中将日益受到人们的重视，具有广阔的应用前景，因此制备高光催化性能的纳米TiO2，拓展纳米二氧化钛的应用也是学者研究的重点。
水热法合成纳米TiO2粉体具有晶粒发育完整、粒径分布均匀、不需作高温煅烧处理、颗粒团聚程度较轻的特点。
1.TiO2的制备方法、材料的性能1.1不同晶型纳米二氧化钛的水热合成1.1.1实验方法边搅拌边将2mol·L- 1的四氯化钛水溶液缓慢滴加到115mol·L- 1的氢氧化钠水溶液中，保持30℃反应，生成纳米TiO2前驱体，反应终点的pH值分别控制为1.1、3.1、5.1、8.1、11.1、12.1。
把纳米TiO2前驱体装入内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中进行水热反应，120℃～200℃反应1h～48h，反应结束后，冷却至室温，产物经过滤和蒸馏水洗至滤液中无Cl-，在100℃下鼓风干燥10h，粉碎后得到不同结构的纳米TiO2 粉体。
选择不同的特征峰(金红石型选110面、锐钛矿型选101面，板钛矿型选121面)，根据特征衍射峰的半高宽，利用Scherrer 公式展宽法估算出其晶粒尺寸。
《2024年水热法制备不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛》范文
《水热法制备不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛》篇一一、引言纳米二氧化钛（TiO2）作为一种重要的功能性材料，因其独特的光学、电学、催化性能等，在许多领域有着广泛的应用。
制备高质量的纳米二氧化钛对于提高其性能和应用范围至关重要。
本文将介绍一种以水热法为基础的纳米二氧化钛制备方法，通过该方法可以制备出不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛。
二、文献综述近年来，随着纳米技术的不断发展，纳米二氧化钛的制备方法日益丰富。
其中，水热法因其操作简便、成本低廉、可控制备等优点，受到了广泛关注。
水热法通过在高温高压的水溶液环境中进行化学反应，使原料发生溶解、重结晶等过程，从而得到纳米材料。
关于水热法制备纳米二氧化钛的研究已有很多报道，但关于晶粒尺寸控制的研究仍具有重要意义。
三、实验方法1. 原料与试剂本实验所需原料为钛源（如钛酸四丁酯）、去离子水、氢氧化钠等。
所有试剂均为分析纯，使用前未经进一步处理。
2. 水热法制备纳米二氧化钛（1）将一定量的钛源溶解在去离子水中，形成均匀溶液；（2）在搅拌条件下，加入适量的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值；（3）将溶液转移至高压反应釜中，加热至设定温度，保持一定时间；（4）反应结束后，冷却至室温，离心分离得到纳米二氧化钛产品。
四、结果与讨论1. 晶粒尺寸控制通过调整水热反应的温度、时间、pH值等参数，可以控制纳米二氧化钛的晶粒尺寸。
实验结果表明，随着反应温度的升高或反应时间的延长，晶粒尺寸逐渐增大。
此外，pH值的调节也会对晶粒尺寸产生影响。
当pH值较低时，晶粒尺寸较小；随着pH值的升高，晶粒尺寸逐渐增大。
2. 形貌与结构分析利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米二氧化钛进行表征。
XRD结果表明，所有样品均为锐钛矿型TiO2；TEM结果显示，通过调整制备参数，可以得到不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛，且晶粒分布均匀。
3. 性能评价对不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛进行性能评价，包括光催化性能、电学性能等。
水热法合成TiO2纳米粉体材料
实验仪器：
电子天平，不锈钢压力釜（高温型），恒温箱（带控温装置），离心机，X射线粉末衍射仪，扫描电子显微镜，玻璃仪器若干等。
实验试剂：
硫酸氧钛，硫酸钛，尿素，硝酸钡，无水乙醇等。
五、实验步骤（Procedure of experiment）
1、TiO2纳米粉的合成
将尿素加入到Ti(SO4)2水溶液中，搅拌至尿素完全溶解后，将溶液加入到高压釜中进行水热沉淀反应，填充度为80%。所得产物用去离子水反复洗涤，至滤液中不再检出SO42-，最后在不同温度下干燥若干小时得产物。实验条件：硫酸钛摩尔浓度为0.5M，尿素摩尔浓度为1.0M，用水热沉淀法在140～280℃保温2～12h。
2、在干燥前采用适当的方法将水脱除，避免由于水与颗粒形成氢键。
4、查阅资料比较水热法与溶剂热法合成纳米材料的异同。
水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多。它的原理:水热结晶主要是溶解———再结晶机理。首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生)将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区)形成过饱和溶液,继而结晶。
6、数据处理（date processing）
(1)用X射线衍射法(XRD)确定产物的物相结构
编号
温度/℃
时间/h
编号
温度/℃
时间/h
1
150
6
4
210
微波水热法制备纳米二氧化钛
微波水热法制备纳米二氧化钛微波水热法制备纳米二氧化钛1．微波加热特性及作用机理微波加热是物质在电磁场中由介质损耗引起的体积加热，在高频变换的微波能量场作用下，分子运动由原来杂乱无章的状态变成有序的高频振动，从而使分子动能转变成热能，其能量通过空间或媒介以电磁波的形式传递，可实现分子水平上的搅拌，达到均匀加热，因此微波加热又称为无温度梯度的“体加热”。
在一定微波场中，物质吸收微波的能力与其介电性能和电磁特性有关。
对于介电常数较大、有强介电损失能力的极性分子，与微波有较强的藕合作用，可将微波辐射转化为热量分散于物质中，因此在相同微波条件下，不同的介质组成表现出不同的温度效应，该特征可适用于对混合物料中的各组分进行选择性加热。
微波加热有致热与非致热两种效应。
微波是频率介于300MHz- 300GHz之间的超高频振荡电磁波，其相应波长100cm-lnm，能够整体穿透有机物碳键结构，使能量迅速传达至反应物的各个功能团上。
由于极性分子内电荷分布不平衡，可通过分子偶极作用在微波场中迅速吸收电磁能量，以每秒数十亿次高速旋转产生热效应，这就是微波的“致热效应”。
一些学者认为，微波辐射除了存在“致热效应”外，还存在着直接作用于反应分子而引起的特殊的“非致热效应’，由于微波频率与分子转动频率相近，微波被极性分子吸收时，可与分子平动能发生自由交换，降低反应活化能，加快合成速度、提高平衡转化率、减少副产物、改变立体选择性等效应，从而促进了反应进程，即所谓的“特殊效应”或“非致热效应”。
针对制备TiO2纳米材料，从晶体形成的动力学机理可知，形成纳米尺寸晶粒的条件首先必须满足晶体的成核速度大于晶体的生长速度。
微波辐射在纳米晶体形成过程中所起的作用为:当辐射波照射到被加热的物体时，引起C-C, C-H以及O-H键的振动，物体由内部产生热量，因而有极快的加热速度和极小的热惯性。
当微波辐射到含有Ti4+离子的水溶液时，水分子中的O-H键产生振动，瞬间释放出大量的热，一方面使Ti4+离子迅速水解生成水合TiO2分子，局部成为过饱和溶液;另一方面过饱和溶液由于短时间的急剧升温，产生了大量的晶核，从而保证了水合TiO2晶体的纳米尺度，进而为形成纳米颗粒提供了必要条件。
锐钛矿型二氧化钛微粒的水热法制备
锐钛矿型二氧化钛微粒的水热法制备学院姓名学号同组成员目录前言 0一、实验目的 0二、实验原理 0三、器材与试剂 (1)四、实验步骤 (1)五、实验结果分析 (2)六、实验结论 (5)七、思考题 (5)参考文献 (5)前言纳米材料因具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等优异性能而受到人们的普遍关注。
在众多的纳米材料当中，二氧化钛由于具有高活性、安全无毒、化学性质稳定（耐化学及光腐蚀）及成本低等优点，被认为是最具开发前途的环保型光催化材料之一。
除作为光催化材料外，二氧化钛还因为其能屏蔽紫外线、消色力高、遮盖力强（透明度高）等优异性能而应用于化妆品、纺织、涂料、橡胶和印刷等行业。
因此，纳米二氧化钛材料成为不同生产商竞相开发和生产的热点。
一、实验目的利用水热法制备锐钦矿型的二氧化铁微粒,通过本实验熟悉水热合成(制备)的方法，熟悉水热法制备无机非金属氧化物微纳米材料的. 般步骤及其原理；了解微纳米材料的一般表征方法，以及对结果的处理、分析和表达。
二、实验原理二氧化钛，分子式为TiO2，俗称钛白粉。
它一种是种重要的化工原料，也是最重要的白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%，它也是钛系的最主要产品，世界上钛资源的90%都用来制造二氧化钛。
在现代工业、农业、国防和科学技术等诸多领域中得到广泛的应用，与人民生活和国民经济有着密切的联系。
目前全球二氧化钛的年产值约70 亿美元，是仅次于合成氨和磷酸的第三大无机化学品，许多发达的工业国家都把它列入关键化学品行列。
在某些国家和地区，其消费量与国民生产总值成正比，甚至有的经济学家把钛白粉的消费或人均占有量，作为衡量一个国家的经济发展和人民生活水平的重要标志之一。
二氧化铁在单晶时是透明的。
二氧化铁粉末为白色的，这是因为二氧化钛粉末对可见光的全部波长都有同等程度的强烈反射，所以在可见光的照射下呈现白色。
二氧化钛在已知所有白色颜料中折射率最高，因而具有极高的不透明度、优良的光学性能和颜料性质。
水热法制备不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛
Ti( SO4 ) 2 起始浓度 01 50 molPL, 反应时间 18 h, 温度 200 e
图 1 锐钛矿相纳米 TiO2 的 XRD 图谱( a ) 和 TEM 照片( b) Fig11 XRD patterns ( a) and TEM photo ( b) of anatase TiO2
2
pk uxbw2009052
朱地等: 水热法制备不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛
图 2 反应时间( a) , 对应起始浓度( b) 和固定 pH 条件下Ti( SO4) 2 起始浓度( c) 与 TiO2 晶粒 尺寸的关系
Fig12 The relation between the reaction time ( a) , the corresponding initial concentration ( b) , and the Ti( SO4 ) 2 initial concentration under fixed pH ( c) and the TiO2 size
Hydrothermal Synthesis of Titania Powder with Different Particle Sizes
ZHU Di, LIU Ranran, LI Hailong, CHEN Tao, TIAN Wenyu, SUN Mao, LI Chun, LIU Chunli
Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, College of Chemistry and Molecular Science, Peking University, Beijing 100871; Corresponding Author, E- mail: liucl@ pku. edu. cn
二氧化钛论文：纳米二氧化钛的水热制备及光激发特性研究
二氧化钛论文：纳米二氧化钛的水热制备及光激发特性研究【中文摘要】二氧化钛(TiO2)做为重要的宽禁带n型半导体材料,有着稳定性高、无毒、紫外吸收等特性,在环境、材料、能源、生物与卫生等领域,应用前景都很广阔。
近年来,纳米技术得到了飞速的发展,研究纳米Ti02粉末的越来越多,但粉末没有承载体,不利于回收在利用,限制了其应用。
所以本文将纳米TiO2与钛合金有机结合,原位制备纳米Ti02薄膜材料。
首先从理论上对水热法制备纳米TiO2薄膜的生长机理进行了探讨,分析了其生长特性的影响因素；然后,以Ti (SO4)2为原料,无水碳酸钠(Na2CO3)为添加剂,采用水热合成法在钛合金基底上成功制备了锐钛矿相的纳米二氧化钛(TiO2)薄膜。
利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段系统的研究了前驱体浓度和反应参数(反应时间、反应温度)对纳米TiO2薄膜生长特性、结晶特性和相组成的影响规律,分析了其动力学机制；最后,利用紫外可见光分光光度计(UV-Vis)、光致激发光谱(PL)等手段研究了所制备TiO2薄膜的光吸收和光激发特性,并通过微观机制对其影响规律进行了理论解释。
【英文摘要】As an important wide band gap n-type semiconductor material, Titanium dioxide (TiO2)has the characteristics of high stability, non-toxic, UV absorption, who’s prospects are very broad and can be used in the fields of environment, materials, energy, biological and health.Recently, with nanotechnology developed rapid the researches of nano-TiO2 powder are increasing, but it make against recycling because it has not supporting body, so limiting its application.This paper has combined nano-TiO2 with titanium and in situ preparation nano-TiO2 thin films. First, hydrothermal prepared growth mechanism of nano-TiO2 thin films has been discussed, and the impact factors of the growth characteristics has been analyzed; Then, use Ti(SO4)2 as the raw material and anhydrous sodium carbonate(Na2GO3) as the additive, prepared anatase titanium dioxide (T1O2) thin films by using the method of hydrothermal synthesis on the substrate of titanium successfully. The law of concentrations and reaction parameters(reaction time, reaction temperature) effect on the growth characteristics of nano-TiO2 thin films、the crystallization and phase composition has been studied systematically by used the method of X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscopy(5EM), the dynamics mechanism has been analyzed; Finally, the characteristics of optical absorption and excitation of prepared TiO2 thin films has been studied use of UV-visible spectrophotometer (UV-Vis) and photoluminescence spectroscopy (PL), and the laws of effect has been theoretical explained through the micro-mechanism.【关键词】二氧化钛水热法薄膜光吸收光激发【英文关键词】titanium dioxide hydrothermal method film absorption excitation【目录】纳米二氧化钛的水热制备及光激发特性研究摘要4-5ABSTRACT5目录6-7第一章绪论7-20 1.1 引言7 1.2 TiO_2纳米半导体材料的概述7-13 1.3 TiO_2的相关研究工作13-18 1.4 课题的提出及内容安排18-20第二章纳米TiO_2膜的制备及表征20-27 2.1 水热法的基本原理20 2.2 实验方案20-22 2.3 表征方法22-26 2.4 本章小结26-27第三章反应条件对纳米TiO_2薄膜生长特性的影响27-38 3.1 前躯体种类的确定27-28 3.2 前躯体浓度对纳米TiO_2薄膜生长特性的影响28-32 3.3 反应温度对纳米TiO_2薄膜生长特性的影响32-34 3.4 反应时间对纳米TiO_2薄膜生长特性的影响34-37 3.5 本章小结37-38第四章反应条件对光激发特性的影响38-44 4.1 纳米TiO_2薄膜的光吸收特性38-40 4.2 纳米TiO_2薄膜的光致激发特性40-43 4.3 本章小结43-44结论44展望44-45致谢45-46参考文献46-48\。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水热法制备纳米二氧化钛
一、实验目的
1、了解水热法制备纳米二氧化钛的原理、方法和操作
2、掌握根据实验原理选择实验装置的一般方法。
选择理由：
优势：直接制备结晶良好且纯度高的粉体，需作高温灼烧处理，避免形成粉体硬团聚，粒径分布均匀。
缺点：反应时间长、杂质离子难以除去、纯度不高。
二、实验原理
TiO2在自然界中存在三种晶体结构：金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中金红石型和锐钛矿型TiO2均具有光催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性最佳，两种晶型结构如图1.1所示。
O
Ti
图1 二氧化钛的晶体结构
二氧化钛的用途极为广泛,目前已经用于化工、环保、医药卫生、电子工业等
领域。
纳米二氧化钛具有良好的紫外线吸收能力,且具有很好的光催化作用,因而
可以用做织物的抗紫外和抗菌的整理剂。
纳米二氧化钛制备原理如下:
Ti(OC4H9)4+2H2O TiO2+4C4H9OH
可分为两个独立的反应，即：
Ti(OC4H9)4+xH2O Ti(OC4H9)4-x OH x+xC4H9OH
Ti(OC4H9)4-x OH x+Ti(OC4H9)4(OC4H9)4-x TiO x Ti(OC4H9)4-x+xC4H9OH
a = 4.593Å
c = 2.959Å
Eg=3.1eV
ρ= 4.250 g/cm3
0212.6
f
G
∆=-
a = 3.784 Å
c = 9.515Å
Eg=3.3eV
ρ= 3.894 g/cm3
0211.4/
f
G kcal mol
∆=-
当x=4时水解完全,反应为可逆反应,因此在反应过程中保持足够量的水保证醇盐水解完全。
三、主要仪器与药品
1．仪器
磁力加热反应器，水热反应釜（60ml），250ml烧杯，100ml量筒，电子分析天平, pH试纸。
2．试剂
钛酸丁酯(化学纯); 二乙醇胺、十二胺(化学纯); 氨水(稀释至30％)、无水乙醇（分析纯），去离子水。
四、操作步骤
在盛有0.5g表面活性剂十二胺的烧杯中加入20ml二次蒸馏水, 在磁力搅拌下使之充分溶解(可以适当加热), 然后加入氨水调节pH值至10。
迅速加入钛酸丁酯溶液(Ti(OC4H9)4，使Ti4+的浓度为0.25mol/L，M=340.36), 搅拌30min,生成胶状沉淀。
将杯中沉淀物放入水热反应器(内衬聚四氟乙烯的不锈钢高压锅)内,置于烘箱中,120℃加热4h,取出水热反应器自然冷却至室温。
取出生成物,分别用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤, 洗至中性。
在80℃下干燥,得到二氧化钛纳米晶体，称重，计算产率。
本实验制备的纳米二氧化钛为白色粉末，晶型为锐钛矿相。
五、注意事项
1、加完钛酸四丁酯后（可能会出现液体边缘稍微变白，如无明显白色块状属于正常现象），立即加入无水乙醇，防止钛酸四丁酯吸收空气中的水分水解；
2、由于环境温度的影响，如果1h后还未成为具有一定粘度的溶胶，则可以适当加热（45℃-60℃）促进溶胶的形成，但防止加热时间过长形成凝胶。