密级：学校代码：10075
分类号：学号：20090931
理学硕士学位论文
负载型纳米TiO2/硅藻土复合材料的制
备、表征及性能研究
学位申请人：张栋
指导教师：丁士文教授
学位类别：理学硕士
学科专业：无机化学
授予单位：河北大学
答辩日期：二〇一二年五月
Classified Index: CODE: 10075 U.D.C.: NO: 20090931
A Dissertation for the Degree of M. Engineering
The study on preparation , characterisation and properties of TiO2–Diatomite Nanocomposite
Candidate: Zhang Dong
Supervisor: Prof. Ding shiwen
Academic Degree Applied for: Master of Science
Specialty: Inorganic Chemistry
University: Hebei University
Data of Oral Examination: May, 2012
摘要
I
摘要
自1972 年Honda和Fujishima报道在电极上二氧化钛(TiO2)光催化分解水的现象以来，以纳米TiO2为代表的半导体光催化材料，因其具有良好的介电性能，催化活性和稳定性好，价廉无毒而受到化学、材料、环境、建筑等领域的关注及研究[4]。纳米TiO2作为一种光催化剂，在其尺寸小于10nm 时，因其量子效应而具备显著的光催化特性，这种活性非常适合氧化降解有机物污染物。目前在建筑功能涂料、自清洁材料、太阳能电池、化妆防晒品制造，医用消毒杀菌和处理生活工业废水中有广泛用处。
用于光催化剂的载体除了应具有一般催化剂载体要求的廉价、稳定、比表面积大、材料强度高不易腐蚀之外，还需使负载于载体上的光催化剂尽可能多地被光照射激活而发挥光催化效应。硅藻土具有优良的孔道结构，尺寸达到微米级别，其线纹小孔和壳缝均在纳米范畴，是天然的纳米材料，硅藻土特殊的孔道结构和形态决定了其具有孔道效应和表面荷电效应，同时具有良好的过滤、吸附、离子交换、功能载体等物理化学性能，因而是一种很好TiO2光催化剂载体类功能性材料。制成的纳米TiO2/硅藻土复合材料，可以广泛应用到废水处理、空气净化、抗菌和多功能建筑材料(调温、调湿、防噪音)等方面。选择合适的制备条件和方法，以在硅藻土表面形成分散、稳定、光催化活性好TiO2 纳米颗粒，是制备TiO2/硅藻土复合材料的关键。
根据研究的内容将本论文分为以下几部分：
1．从载体选择、合成的机制和方法，作用机制、掺杂改性、材料应用等多方面探讨了负载型纳米TiO2的研究现状及进展，为实验提供了理论依据。
2．以TiCl4和硅藻土为原料，采用水解分步沉淀法制备了混晶纳米TiO2硅藻土复合材料，考察了制备过程中不同pH条件以及原料用量对复合材料性能的影响，确定最佳的pH值和固载量。结果表明，在pH值为9的条件下，TiO2负载量为33.3%（TiO2与硅藻土的质量比为1:2）的复合材料对甲醛光催化降解具有最佳催化活性。并对所制备的材料进行SEM、TEM、XRD、IR等一系列表征，确定所制备材料的结构。负载后的结构表明，硅藻土的比表面积和微孔结构提高了纳米TiO2负载后的表面积和光催化活性，复合后催化剂对染料的降解率明显增加。将所制备的复合材料用于降解酸性大红3R的实验，考察催化剂的制备过程及光催化过程中的影响因素，探讨了其光催化机理及反应动力学。
3．以TiCl4、钛酸丁酯和硅藻土为原料，用液相沉积法和溶胶凝胶法分别将纳米TiO2负载在硅藻土上。在pH值为7-10的范围内，采用不同TiO2掺杂量和不同烧结温度制备样品，采用SEM，XRD对原料和复合材料的表面形貌和成分进行了表征分析，探究了不同制备条件下对TiO2硅藻土复合材料的固载率和光催化活性的影响，并对样品进行定量分析及光降解酸性红3R的一系列实验。试验结果表明，用液相沉积法制备复合材料在纯度、光催化性能、回收率、产率、经济性等方面优于溶胶凝胶法制备的产品。制得的产品在TiO2 与硅藻土质量比3：4时，有最佳固载率。
关键词纳米TiO2硅藻土复合材料光催化
Abstract
Since Honda and Fujishima in 1972 reported on a titanium dioxide electrode (TiO2) photocatalytic water splitting phenomenon has been represented, with nanometer TiO2 as the representative of the photocatalytic semiconductor material, due to its good dielectric properties, catalytic activity and good stability, cheap and non-toxic and subjected to chemical, material, environment, construction and other areas of concern and research. Nanometer TiO2 as a photocatalyst, in whose size is smaller than 10nm, because of the quantum effects and have significant light catalytic characteristic, this kind of activity is very suitable for the oxidative degradation of organic pollutants present in the building, functional coatings, self cleaning materials, solar cells,cosmetic sunscreen products manufacturing, medical sterilization and treatment of industrial waste water of life there is extensive use.
Used for light catalyst carrier in addition to should have a general catalyst carrier requested cheap, stable, large specific surface area, high material strength and is not easy to corrode,still need to make the load on the carrier of photocatalyst as much as possible bylight activation and the play of light catalytic effect. Diatomaceous earth has an excellent pore structure, size micron level, the linear hole and shell stitch are within nano level, is a natural nanometer materials, diatomite special pore structure and morphology determine its effect and surface with a porecharge effect, and has a good filtration, adsorption, ion exchange, and other physical and chemical properties of the carrier function, which is a good carrier class functionality TiO2 photocatalyst materials. As the polar and hydrophilic TiO2surface with sparse oil, in organic media pool and easy to produce precipitation, direct impact on the catalytic efficiency,TiO2photocatalytic activity and adsorption properties of diatomite combination, can enhance the diatomite purification ability and the life span but also enhance the photocatalytic reaction rate, by nano-TiO2load, which you can protect, release, long-lasting effect, made of nano-TiO2 / diatomite composite materials, can be widelyapplied to wastewater treatment, air purification, antibacterial and multifunctional materials (Temperature, humidity, noise) etc.
This thesis is based on the content of the study is divided into the following sections:
A. Select from the carrier, the synthesis of mechanisms and methods, mechanisms, doping modification, materials and applications to explore the status and progress of supported TiO2 nanoparticles provides a theoretical basis for the experiment.
B. TiCl4and diatomaceous earth as raw material, liquid phase deposition method prepared by the mixed crystal composite of nano-TiO2 and Diatomite, The effects of different pH conditions as well as raw materials in the preparation process the amount of the performance of the composite, to determine the optimal pH value and solid load. The results show that, under conditions of pH 9, TiO2loading for the quality of 33.3% (TiO2and diatomite composite ratio of 1:2) photocatalytic degradation of formaldehyde with the best catalytic activity. And preparation of materials by SEM, TEM, XRD, IR, and a series of characterization, to determine the structure of the material prepared. The load structure show that the improved surface area and photocatalytic activity of TiO2 nano diatomite surface area and porous structure, the composite catalyst significantly increased the degradation rate of dye. The composite materials used in the degradation of acid scarlet 3R experiments to study the catalyst preparation process and the factors affecting the photocatalytic process, explore its photocatalytic mechanism and reaction kinetics.
C. TiCl4, Ti (OBu) and diatomaceous earth as raw material, liquid deposition and sol-gel method, respectively TiO2 Nano in the diatomite. Within the range of pH value of 7-10, using different TiO2 doped and sintered at different temperatures of samples prepared using of SEM, and XRD to characterize the surface morphology and composition of the raw materials and composites, and explores the different preparation conditions Immobilization rate and photocatalytic activity of TiO2 diatomite composite material, and samples for quantitative analysis and photodegradation of acid Red 3R series of experiments. The test results show that the product prepared composites in purity, the photocatalytic performance, recoveryrate, yield, and economy better than the sol-gel prepared by liquid deposition method. Products obtained in the mass ratio of TiO2 and diatomite3:4 have best immobilized rates.
Keywords nano-TiO2diatomite composite material photocatalysis
目 录
第1章绪论 (1)
1.1 负载型纳米TiO2的研究现状及进展 (1)
1.1.1 负载型纳米TiO2材料的概述 (1)
1.1.2 TiO2的光催化作用原理 (2)
1.1.3 TiO2载体的种类和选择 (3)
1.1.4 负载型纳米TiO2的合成方法 (6)
1.1.5 负载型纳米TiO2的掺杂改性 (8)
1.1.6 负载型纳米TiO2材料的应用 (9)
1.2 本文的研究内容、目的及意义 (12)
第2章负载型混晶纳米TiO2/硅藻土复合材料的制备、表征与光催化性能 (13)
2.1 引言 (13)
2.2 实验部分 (14)
2.2.1 实验仪器及药品 (14)
2.2.2 硅藻土的预处理 (14)
2.2.3 混晶纳米二氧化钛的制备 (14)
2.2.4 纳米TiO2/硅藻土复合材料的制备 (14)
2.2.5 样品的表征 (14)
2.2.6 纳米TiO2/硅藻土复合材料光催化活性评价 (15)
2.3 结果与讨论 (15)
2.3.1 复合材料的扫描电镜表征 (15)
2.3.2 复合材料的XRD分析 (16)
2.3.3 复合材料的红外分析 (17)
2.3.4 不同负载量复合材料对酸性红3R的降解率比较 (19)
2.3.5 不同负载量的复合材料对甲醛的降解率比较 (20)
2.3.6 不同PH制备条件对复合材料光催化性能的影响 (21)
2.4 结论 (22)
目录
第3章负载型纳米TiO2的两种制备方法及复合材料的性能比较 (23)
3.1 前言 (23)
3.2 实验部分 (23)
3.2.1 实验仪器及药品 (23)
3.2.2 原料的预处理 (24)
3.2.3 液相沉积法制备TiO2/硅藻土复合材料 (24)
3.2.4 溶胶凝胶法制备TiO2/硅藻土复合材料 (24)
3.2.5 样品表征 (24)
3.2.6 样品的光催化活性评价 (25)
3.3 结果与讨论 (25)
3.3.1 制备方法对样品形貌的影响 (25)
3.3.2 样品的热重分析 (26)
3.3.3 制备方法对样品成分的影响 (27)
3.3.4 制备方法对样品甲醛降解率的影响 (28)
3.3.5 制备方法对样品TiO2固载率的影响 (29)
3.3.6 制备方法对样品生产成本的影响 (31)
3.3.7 样品的回收利用 (31)
3.4 结论 (31)
第4章结论 (33)
参考文献 (34)
致谢 (40)
VII
第1章绪论
第1章绪论
1.1 负载型纳米TiO2的研究现状及进展
今天，利用二氧化钛半导体材料对有机污染物进行光催化降解正逐渐成为工业化技术，[1-15]在土壤、水质和大气的污染治理方面展现出十分光明的应用前景[15-16]。然而在TiO2半导体光催化剂的实际应用中，TiO2粉末和改性TiO2粉末存在量子效率低，太阳能的利用率较低，需要提供能源以发射紫外光，以及负载后其光催化活性降低和易团聚、催化剂分离回收困难等问题，因而制约其大规模的工业应用[17-20]。近年来，许多研究者围绕上述关键问题开展了系列研究。研究发现，通过合适的掺杂方式可提高催化剂的催化活性，如在TiO2半导体材料表面沉积贵金属，与其他金属氧化物、硫化物等半导体复合，或掺杂无机离子、光敏化剂等方法引入杂质或缺陷、来改善TiO2的光吸收，提高光降解量子效率及光催化效能[21-25]。另外，将TiO2半导体材料纳米化，也是提高其光催化性能的一个有效途径[26-28]，但与之矛盾的是催化剂颗粒越小，催化剂越难以分离。为了解决这个问题，优化纳米TiO2的光催化效应，使之应用在光催化反应中，通常采用负载的方法，选择各种载体负载催化粒子，在解决了回收问题的同时增大了催化剂的有效比表面，因而提高了处理效果。目前比较流行的是将TiO2纳米颗粒负载在活性炭，钢板，高分子聚合物，SiO2，Fe3O4、玻璃板、碳纤维和膨胀石墨这些载体上[29-34]。利用载体多孔材料的大比表面积，强吸附性能；或具有磁性、便于回收；或能降低电子和空穴的复合几率等特性，制备复合催化剂。从而提高有效催化粒子数，增加具有深度氧化性的活性羟基数。与单一TiO2悬浮体系相比，这种复合催化剂具有易回收、且能重复使用等优点。因此选择合适的光催化剂负载材料，制备负载型纳米TiO2光催化剂，并在此基础上进行改良工艺，以期提高光催化效率，成为当前研究的热点。
1.1.1 负载型纳米TiO2材料的概述
目前，TiO2在光催化领域的实际应用中有两种形式，一种是直接使用TiO2粉体的悬浮体系，另一种是将TiO2光催化剂固定于载体上。由于悬浮液的透光性较差，光照效率低，工艺复杂成本过高，粉体TiO2催化剂容易中毒，且分离回收困难，因此将TiO2光催化剂固化负载就成为TiO2光催化技术的发展趋势[35-37]。
负载型的TiO2光催化剂主要有两种：一种是将制得的高催化活性TiO2粉末通过
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河北大学理学硕士学位论文
物理法直接固定在合适的多孔吸附剂上，其不涉及化学反应过程[38-39]；另一种是将TiO2的前驱体(如乙氧基钛、钛酸四丁酯等)通过一系列的物理化学变化如形成溶胶、沉淀、离子交换等形成TiO2 而沉积在多孔吸附剂载体上[40-41]。TiO2的表面状态包括表面积、表面粗糙度等因素，它与催化剂的吸附作用和吸光效率有着密切的关系。其次，负载方法不同，得到的产物表面状态不同，催化剂的比表面积和表面酸碱性不同，催化剂载体与催化剂之间的化学键作用所引起的TiO2的能带结构间隙变化也不相同，产物的晶型结构也有变化。对纳米TiO2光催化剂的负载技术及各种载体的种类，罗磊等进行了综合论述。
1.1.2 TiO2的光催化作用原理
TiO2光催化降解的研究最早可以追溯到1972 年，自那时日本的Fujishima[42]等发现TiO2单晶电极光分解水以来，多相光催化反应引起人们的浓厚兴趣。科学家们对此进行大量的研究，探索该过程的原理，并致力于提高光催化效率。近年来，在对部分有机物降解过程深入研究的基础上，人们对TiO2的光催化降解原理有了一个基本的认识。下面以锐钛矿相TiO2为例说明TiO2光催化降解的作用过程：当锐钛矿相TiO2受到大于TiO2禁带宽度（E eg=3.2eV）的光照射时紫外光照射时，价带上的电子跃迁到导带上，从而产生光生电子（e-）－空穴（h+）对[43]：
TiO2 + hν → TiO2 (e-) + TiO2 (h+)
当部分光生电子和空穴迁移到TiO2表面时，将与表面吸附的O2、H2O、OH-等发生反应并产生羟基（·OH），其过程可表述如下：
TiO2(e-) + O2 →·O2–
·O2- + H+ → HO2·
2·O2- + H2O → O2 + HO2- + OH–
HO2- + TiO2 (h+) → HO2·
通常认为直接参与有机物光催化氧化的不是空穴而是羟基，而羟基的来源与反应体系的pH 值有关。表面吸附的O2捕获光生电子，可降低h+和e-的复合机率[44]。通过以上的反应过程产生羟基之后，羟基就可以直接与诸如含氯杀虫剂、甲醛和苯酚等有机物发生反应，这些电子-空穴对通过一系列的过程将多种有机污染物分解为CO2和H2O，从而实现有机物的光催化降解，并且可用于处理无机物，如Hg2+、Pb2+等金属离子和氰化物、SO2、H2S、NO2等有害气体[45]。其原理如下图所示：
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第1章绪论
图1-1.光激发TiO2 降解流程示意图
Fig.1-1 Diagram for organic degradation of excited by photon in TiO2
（a）氧化施主（b）氧化施主（c）还原受主（d）电子-空穴对在TiO2表面复合
（e）电子-空穴对在TiO2体内复合
1.1.3 TiO2载体的种类和选择
负载TiO2纳米颗粒的载体的种类多种多样，但载体的作用一般除了具有固定TiO2光催化剂、防止流失、易于回收提高光催化剂的利用率外，有些载体如吸附剂还能增加TiO2光催化剂整体的比表面积，还有些催化剂能够与TiO2相互作用，有利于e-/h+的分离并增加对反应物的吸附，实现载体的再生[46]。
用于光催化剂的载体除具有一般催化剂载体所要求的稳定、廉价、比表面积大、强度高之外，还需使负载于载体上的光催化剂尽可能多地被光照射激活而发挥光催化效应。
负载TiO2的载体种类繁多，主要包括硅胶、活性氧化铝、空心陶瓷球、层状石墨、石英玻璃管、璃纤维网、有机玻璃、光导纤维、等以及一些具有吸附性能的载体如活性炭、硅藻土、黏土、浮石、凹凸棒石等天然矿物，另外对陶瓷类、高分子聚合物等也有一定研究报道[47-55]。总结起来，可分为金属或金属氧化物、玻璃材料、天然矿物类等载体。
（1）金属或金属矿物载体
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于东等[56]以钛酸四正丁酯为原料，利用溶胶-凝胶法制备出能光催化降解甲基橙的铝片负载TiO2薄膜。催化活性评价结果表明，在500℃焙烧2小时得到的铝片负载TiO2薄膜具有最好的光催化降解甲基橙活性，同时该薄膜在反应介质中有很好的稳定性。XRD和SEM结果表明，TiO2薄膜由锐钛矿相组成，在焙烧后有均匀的龟裂，裂片大致为4m×3m。王奎等[57]以γ-Al2O3小球为载体，以钛酸正丁酯的正丁醇溶液为浸涂液，采用浸渍涂覆法制备了TiO2/Al2O3光催化剂，并通过可溶性偶氮染料酸性媒介红B考察其光催化活性。实验表明，当TiO2的负载量为8.79%时，TiO2/Al2O3对酸性媒介红B的脱色率可达到95%以上。酸性媒介红B的光催化氧化符合一级反应动力学。用金属作为载体，对目标降解物存在选择性，应避免与目标物的化学反应。
（2）玻璃材料载体
D. S. Tsoukleris[58]等人将TiO2负载于玻璃小球上，并考察了对挥发性有机物的光催化降解情况，发现降解率随紫外光源的增强而提高，使用2根15w的紫外灯管对苯和甲苯的降解率分别为0. 0429、0. 1960μg/( cm2·h),使用4根时则为0. 6775和1. 5301μg/(cm2·h)。何俣[59]等采用玻璃珠为基底材料,钛酸正丁酯为前驱物, PEG400为造孔剂制备了TiO2中孔纳米薄膜。结果表明，该薄膜催化剂具有高催化活性和长催化寿命。且当膜层为3层(对应薄膜厚度约为210nm)，PEG添加量为15%，400℃煅烧2h制备条件最佳。此外，还有用玻璃丝、玻璃弹簧、玻璃纤维等作为载体[60-63]。研究发现，这种薄膜型光催化剂具有开发稳定、牢固且具有高催化活性，但通常存在吸附强度不大，在搅拌反应时TiO2容易脱落，难以很好的回收。
（3）天然矿物载体
天然非金属矿物因其具有蕴藏量丰富、成本低廉、比表面积大、吸附性强、化学性质稳定等特点，常被作为矿物吸附剂，广泛应用于实际生产中的污染物处理及环境功能修复等[64]。用天然矿物作为纳米TiO2的载体，不仅可以实现TiO2固载，也可以利用矿物的离子交换和吸附性能将废水中的有机物有效地吸附到TiO2晶粒表面，增加催化剂与污染物的接触几率，提高光降解效率，增大降解速率。徐志兵[65]等以四氯化钛为原料采用溶胶-凝胶法制备了负载型TiO2/硅藻土复合光催化剂。实验表明，以1g硅藻土与1. 8mL四氯化钛制备的TiO2/硅藻土复合催化剂，光催化40min脱色率可达到98%。陈金媛[66]利用TiC14明胶溶液和有机膨润土制备复合光催化材料，发现在投配比Ti/有机膨润土=6∶5下，在50mL、100mg/L的活性艳红染料废水中投加60mg时脱色率达到99%
以上，复合材料既具有机膨润土的吸附性能，又具备TiO2的光催化降解性能，其降解效果比单独的TiO2和有机膨润土好。其中研究比较热门的载体为活性炭和硅藻土，而活性炭相对处理费用较高，价格昂贵。
硅藻土作为天然的非金属矿物，具有独特的微孔结构，强吸附性，大比表面积，耐高温等优良性质，并且储量丰富，价格低廉，因此已经成为光催化材料载体的首选材料。硅藻土是一种生物化学沉积岩；由硅藻的细胞壁沉积而成；淡黄色或浅灰色，质地软而轻，可轻易的磨成粉末；密度低、多孔隙、有粗糙感，有极强的吸水性[67]。硅藻土是热、声和电的不良导体，因此可作轻质、绝缘、隔音材料；又用作游泳池的过滤物质、打磨物质、液体的吸附物、阿尔弗雷德·诺贝尔所发明硝化甘油炸药中硝化甘油的吸附物、
，硅藻在海里或杀虫物质等等，也可当作绝缘物质。硅藻化石的堆积物主要成分为SiO
2
的形是湖里大量生长后死亡，硅藻死体的有机物在漫长的时间中被渐渐分离最后以SiO
2
式留存下来，这就是现在人们称之为硅藻土的原因。可以自动调节室内湿度。硅藻土的主要成分是硅酸质，用它生产的壁材具有超纤维、多孔质等特性，其超微细孔比木炭还
图1-2. 硅藻土在各个烧结温度下的形貌和硅藻土的化学组成
Fig.1-2 Diatomite in morphology under the various sintering temperature and diatomaceous
earth chemical composition
要多出5000到6000倍。在室内的湿度上升时，硅藻土壁材上的超微细孔能够自动吸收空气中的水分，将其储存起来。如果室内空气中的水分减少、湿度下降，硅藻土壁材就
能够将储存在超微细孔中的水分释放出来。其次，硅藻土壁材还具有消除异味的功能，保持室内清洁。研究和实验结果表明，硅藻土能起到除臭剂的作用。如果在硅藻土中添加氧化钛制成复合材料，能够长时间消除异味和吸收、分解有害化学物质，并能够长期保持室内墙面清洁，即使家中有吸烟者，墙壁也不会发黄。第三，硅藻土装修材料还能够吸收和分解导致人过敏的物质，有医疗功能。硅藻土壁材对水分的吸收和释放能够产生瀑布效果，将水分子分解成正负离子。正负离子群在空气中四处浮游，具有杀菌能力[68]。
1.1.4 负载型纳米TiO2的合成方法
纳米二氧化钛生产通常采用的钛源为硫酸钛、硫酸氧钛、钛醇盐、四氯化钛或偏钛酸，也有直接采用金属钛作为钛源。制成的纳米TiO2的负载方法一般包括两种：①将TiO2固定于某类载体上(包括浸渍、吸附、粘合等手段)；②制成膜状、棒状、颗粒状或柱状的TiO2薄膜。近年来研究制备负载型纳米二氧化钛光催化剂已成为纳米科学的热点，对国内外的相关文献进行统计分析，发现较成熟的负载工艺有：溶胶-凝胶负载法、水解负载法、浸渍负载法等。以下对各种方法和文献略作介绍。
（1）溶胶-凝胶负载法
溶胶-凝胶(又称S-G法)负载工艺是制备负载型纳米TiO2的最常用方法。以钛醇盐或钛的无机盐为原料，在无水乙醇溶剂中水解，在搅拌到一定条件下加入负载载体或加入到载体溶液中，经缩聚得到溶胶，再进一步缩聚得凝胶，经干燥、煅烧得到负载型纳米TiO2粒子。该法制得的复合光催化剂纯度高、分散性好、分布均匀、反应易控制、副反应少，但原料以钛醇盐等为主，因而成本较高，凝胶颗粒之间烧结性差，易造成纳米TiO2颗粒间的团聚,且干燥、烧结过程易产生碳污染。以硅藻土为固体活性添加物。
杜建康[69]等采用溶胶-凝胶法水解钛酸四丁酯制备硅藻土负载TiO2复合光催化剂。以二甲基甲酰胺(DMF)溶液的光催化降解为模型反应，研究制备条件中煅烧温度、溶胶pH值涂覆次数等条件对光催化活性的影响。结果表明，合成复合催化剂的最佳煅烧温度为500℃、溶胶pH 值为1.3、涂覆次数为3次；在300 W紫外光照射、反应2h、催化剂投量为1g/L、DMF的质量浓度为200mg/L时，最大降解率为84.27％，表现出较强的光降解性。
（2）水解负载法
水解负载工艺一般用四氯化钛、钛醇盐、Ti(SO4)2或TiOSO4等前驱物分子在一定条件下于水溶液体系中进行充分水解，然后滴加到负载载体水溶液中(或将载体加入到体系中)，生成沉淀，洗涤过滤，干燥后进行煅烧。该方法简便易行，成本较低，但难以控制水解速度，负载效果有时未能达到预期效果，而且粒径偏大，需采取相应措施。
张雪红，罗来涛[70]以氯化十六烷基吡啶为模板剂，在室温条件下直接合成介孔TiO2。未经任何热处理的TiO2粉体即为无定形态，样品颗粒呈类球形，分布均匀，但结构完整性较差。马惠言等[71]以高岭土颗粒为载体，用TiCl4水解法制备出TiO2/高岭土负载型催化剂，考察了催化剂的光催化活性。
（3）浸渍负载法
浸渍法负载法相对于前面几种工艺来讲原理更简单，是将已制得的TiO2粉末分散在粘结剂中形成悬浊液，将载体浸在悬浊液中混合均匀后，再经烘干、热处理等步骤实现光催化剂的固载化。这种方法在热处理过程中，TiO2分子和载体之间产生化学力作用,结合得比较牢固，稳定性好。何媛媛等[72]以Ti(SO4)2和硅藻土为原料,采用浸渍法制备TiO2硅藻土复合光催化剂,该催化剂既有良好的吸附性，也有较高的紫外光催化活性。在160w的紫外光照射、光催化剂投加量为1g/L、反应时为30min的条件下，处理浓度为20mg/L的亚甲基蓝水溶液，脱色率达到96%。
（4）粉体烧结负载法
此法是将TiO2 纳米粉体分散于水或醇中，直接或再进一步用超声粉碎后用载体浸渍，将负载的载体在常温下或100℃左右干燥、脱溶剂，冷却后除去少量下沉物，烘干后，在300~500℃左右焙烧，即得产物。此法优点是操作步骤简便，可保TiO2持粉末良好的光催化性能。但由于TiO2粉末与载体间是以范德华力结合，故牢固性较差，分布不均匀，透光性较低。
（5）离子交换负载法
该法主要用于具有阳离子交换功能的一类多孔吸附剂载体。载体中的易溶离子如K+、Na+、和NH4+等与易溶钛酰盐类如(NH4)2 TiO(C2O4)2H2 O中的TiO2或与带正电的TiO2溶胶粒子直接发生离子交换，再经煅烧或在潮湿空气中暴露水解可得。此法通过选择载体内微孔孔径的大小来控制TiO2粒子的尺寸大小，以获得较高光催化活性。但应用中存在孔径匹配问题。
（6）化学气相沉积负载法
化学气相沉积法(CVD)利用了气态反应物在固体表面上进行化学反应而生成固态沉积物的过程。具体是，将Ar 或H2等原料载气通过金属有机化合物的前驱物时，使气相中前驱物的蒸汽压达到某一定值后，在高温炉中分解前驱物，使分解产物沉积在基材上。它是利用气相反应，通过高温、等离子体或激光等条件控制反应气压、气流速率、基片材料温度等因素，从而来控制纳米微粒薄膜的成核过程。通过薄膜后处理控制非晶薄膜的晶化过程，从而获得纳米结构的薄膜材料。根据发生化学反应的条件可以将CVD法分为常压CVD法、低压CVD法、等离子CVD法、激光CVD法和热CVD法等。
（7）微波负载法
随着现代社会微波技术的普及，人们开始试验用微波代替传统加热、干燥模式，并在无机合成领域将微波与负载工艺相结合。LiSaM[73]等在制备TiO2/粘土时发现，采用微波，在压力60psi和145℃下(1200±50W，2.45GHz)80%的火力加热15min与在烤箱以180℃加热24h做对比，发现微波最显著的影响是得到的纳米粒径至少比烤箱下少4~5nm。余定华[74]等采用微波辐射加热法制备出负载型TiO2/丝光沸石(TiO2/M)光催化剂，并采用X-射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)、UV-Vis漫反射谱(UV-DRS)以及苯酚光催化降解等对催化剂进行评价。结果表明，由微波加热制备的样品-丝光沸石上负载的二氧化钛薄膜其晶体具有锐钛矿型结构，并显示出明显的量子效应。以丝光沸石作为二氧化钛薄膜的载体，可以显著提高水体中苯酚的完全矿化率。负载量为30％，微波辐射时间为10min+10min的样品催化剂对苯酚光催化降解具有最佳的催化性能。
1.1.5 负载型纳米TiO2的掺杂改性
目前在催化剂实际应用中，寻找催化活性高、稳定性好的负载性TiO2催化剂，不仅要选择适当的载体，考虑合适的负载工艺，另外在改性的基础上再进行负载或制膜已经成为研究的热点。由于纳米TiO2的禁带宽度为3.2eV，因此只能被短波长的紫外光激发，而太阳光谱中紫外光只占5%，从而导致太阳能利用率低，限制了其应用范围。在TiO2中掺杂金属物能在TiO2禁带中引入杂质能级，另外，当TiO2晶格中Ti离子被金属离子取代后，由于TiO2中Ti(d)和注入金属离子(d)轨道的导带重叠降低了TiO2的带隙而使修饰的TiO2光催化剂能吸收可见光，吸收光谱红移，将可利用光谱从目前所使用的波长低于388nm的紫外光区扩展到可见光区，将会对TiO2太阳能转换效率和光催化在环境净化中的应用带来巨大的实用价值。稀土元素本身具有较大的吸收谱带，因而掺
第1章绪论
杂稀土金属可拓宽光催化剂的吸收波长，在TiO2 负载领域有广泛应用。目前对TiO2的改性主要有金属离子掺杂、表面贵金属沉积、表面光敏化、或采用复合半导体等方法。
R. S. Sonawane[75]等采用溶胶-凝胶法制备了Au/TiO2/玻璃薄膜，通过UV-vis分光光度计考察了光吸收性能，发现由于Au纳米分子的混合对TiO2结构的影响使吸收谱带向可见光区域移动，从紫外区域的360nm移向可见光区域的430~440nm。动力学研究反映产用Au/TiO2/玻璃薄膜光催化剂对苯酚的降解率比纯TiO2提高2~2. 3倍。Au金属掺杂特性在Chien-NanKu等[76]研究的Au/TiO2/玻璃纤维去除空气中CO，I. M. Arabatzis等研究的Au/TiO2薄膜降解偶氮染料等都有相关的报道。姚秉华等[77]采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了RuO2/TiO2复合光催化剂，以紫外灯为光源，直接耐晒黑G溶液的光催化降解为模型反应，研究了RuO2/TiO2的光催化性能。结果表明：掺杂量ω(RuO2)为0．16％、煅烧温度500℃、催化剂投加量为5.00g/L时，RuO2/TiO2复合光催化剂催化活性最高。直接耐晒黑G降解反应遵从Langmuir—Hinshelwood动力学模型。张慧等[78]通过锐钛矿(Eg=3.2eV)和金红石(Eg=3.0eV)两种不同结构的TiO2间的禁带带宽的不同的混晶效应，来拓展改性纳米TiO2的能级。通过改变晶型调节剂2-甲基-2，4戊二醇的量，采用溶胶-凝胶法制备了不同晶型比例的纳米TiO2，当混晶比为6：1时其光催化降解甲基橙的效率最高。雷波等[79]以硅藻土(KL)为载体，用溶胶-凝胶法将铈掺杂二氧化钛包覆在硅藻土(Ce-TiO2/KL)，采用XRD、DRS、SEM 对其进行表征，以250W高压汞灯作光源，甲醛作为反应底物表征其光催化活性DRS分析发现，300~400nm范围内J2Ce-TiO2/KL 对紫外光的吸收率大大增强，此外，在大于380nm范围内，且Ce-TiO2包覆在硅藻土颗粒上，并能在较高的煅烧温度(500 )℃范围内保持锐钛矿晶体结构。随着Ce掺杂含量的提高，J2Ce-TiO2/KL对可见光的吸收明显增强。将TiO2改性与负载技术相结合，使利用太阳光为光源成为可能。另外国内外研究者开始朝多金属共掺杂方面的研究，如N. R. Nené[80]等用溶胶-凝胶法制备Ag-Er/TiO2/SiO2薄膜等。
1.1.6 负载型纳米TiO2材料的应用
(1) 固体处理工业和农业有机废水
TiO2不仅能有效的去除废水的颜色，而且能可其彻底分解为CO2和H2O等无机物小分子，负载TiO2的固体光催化剂氧化反应在常温常压下进行，对生物法难以降解的有毒有机物，如多氯联苯类、硝基苯类、氯酚类等，均有良好的处理效果。董永春等研
河北大学理学硕士学位论文
究了不同结构的偶氮染料在TiO2表面的吸附及光催化降解过程，选择了 4 种在印染工业中常用的水溶性偶氮染料作为研究对象，分别考察在不同pH 值和氯化钠存在条件下，TiO2 光催化剂对它们的吸附行为和吸附模式，并通过数学模拟方法计算了其在TiO2光催化剂表面的吸附参数，还研究了它们在TiO2光催化剂表面的光催化降解反应。实验结果表明，4 种水溶性偶氮染料在TiO2表面的吸附量随着pH 值的升高逐渐降低，水溶性偶氮染料的吸附过程符合Langmuir 等温吸附模型，活性染料比酸性染料具有更高的吸附平衡常数和覆盖率。推测该过程是TiO2先对染料吸附，然后才降解的两步过程。但TiO2半导体为基础的光催化技术还存在几个关键的技术难题[81]，极大地制约了其工业化，关键问题包括光催化剂的负载技术和高效光催化反应器的设计。国外已用该技术进行大规模难降解有机废水处理和饮用水深度处理试验，在欧洲已在进行光催化净化河流试验，也未实现工业化，原因在于，现有光催化剂量子效率低以及催化剂固定问题等。通过控制制备条件，改变光催化剂形态或进行适当改性以达到提高激发电荷分离，
图1-3. 光催化处理废水示意图
Fig.1-3 Schematic diagram of the photocatalytic system.
抑制载流子复合可以提高量子效率；扩大起作用的波长范围，改变产物的选择性，提高催化材料稳定性等也可以达到此目的。日本己经研制出槽型、螺旋型、管型的污水处理装置（图）。由于TiO2光催化技术对透光性有一定要求，所以该方法一般用于后期处理。
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
浅谈中职学校就业方向英语教学 摘要：中职学校英语教学具有很强的挑战性和灵活性，老师不但要具有深厚的专业知识，更需要根据中职学生与普通中学学生性质的不同而有针对性地进行英语教学。中职英语老师需要有针对性的备课，灵活多变的课堂组织教学，以及不可忽略的课后教学。 关键词：中职学生就业方向英语教学 中图分类号： g718 文献标识码： c 文章编号：1672-1578（2011)11-0215-02 许多中等职业学校的教师都认为教学就是把自己所学知识倾囊 相授，这些年教学实践使笔者明白中职英语教学具有很强的挑战性和灵活性，老师不但要具有深厚的专业知识，更需要根据中职学生与普通中学学生的性质不同，而有针对性地进行英语教学。下面笔者主要针对就业方向的中职学生浅谈一下英语教学应该注意的几点： 1 有针对性地备课 中等职业学校学生的文化知识一般比较差，英语老师在教学前是否认真的有针对性的备课是教学是否成功的首要条件，备课时教师要熟悉大纲和教材，把握教学内容；分析教学任务，明确教学目标；研究学生特点和性质以及学生的知识基础，选择教学方法；设计教学过程，编写教学计划，从而为上课做好充分的准备。中等职业学校就业方向的英语教学应以“适用”为备课原则，以求学生能掌握一些基础英语知识以及能说一些日常生活适用的英语，很多属于高
考的英语知识点或难点则可以选择不予讲解。 2 进行有效的课堂组织教学 2.1激发学习英语的激情与兴趣 每个教师都明白学习兴趣对于教学的重要性，而在中职学校教学过程中这一点显得尤为重要，中职学生在中学的文化课已经相对薄弱，这严重导致了他们缺乏对文化课的学习兴趣，进入中职学校还要学习文化课，他们显然没有任何的学习兴趣，尤其是英语这一学科，一些学生甚至连26个英语字母都在中学时没能掌握，不能准确的针对国际音标发音，怎能还有学习兴趣？所以作为一名中职学校的英语教师，怎样唤醒中职学生的英语学习兴趣是一个教学过程中的一个重点也是难点，培养中职学生学习英语的激情与兴趣应该从两点出发：首先，要从教师本身出发。我们很多人都认为老师一般都需要在学生面前建立自己的威信，这点的确需要，但是往往很多老师过于严肃，让学生产生了相当大的畏惧心理，再加上教学内容全是枯燥的英语语法知识，中职学生怎能对英语学习充满学习兴趣？其实老师上英语课应该一改严肃的教学风格，上课可以带上丰富的肢体语言，英语语言可以抑扬顿挫，面部表情可以根据授课内容而变化，同时老师面对学生要少一点架子，多一点的尊重和真诚，少一点尖酸刻薄，多一点赏识和信赖，少一些冷漠，多一点的热情和交流.师生之间只有互相了解，互相沟通，互相平等，学生才会喜欢你，才会爱你，到那时候，“亲其师而信其道”，一名这样的英语教师在学生喜欢的环境下教学必定充满了教学乐趣，学生同时也
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。）原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PV A[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合物，则将其预聚物溶解在含有剥离层状硅酸盐的溶液中，使预聚物吸附在层状硅酸盐上，然后采用物理或化学方法将预聚物转化为目标聚合物，如聚酞亚胺。 1.3.2原位插层聚合法 将层状硅酸盐在液体单体(或单体溶液)中溶胀，然后单体在层间引发聚合，引发可以采
纳米材料的制备与表征方法摘录 作者姓名：彭家仁 单位：五邑大学广东江门 摘要:被誉为“21世纪最有前途的材料”的纳米材料同信息技术和生物技术一样已经成为21世纪社会经济发展的三大支柱之一和战略制高点。由于纳米材料的特殊结构以及所表现出来的特异效应和性能,使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。本文就纳米材料的结构特性和性能、应用及制备方法与表征进行了综述。旨在为纳米材料的应用及其制备提供理论指导。 关键词:纳米材料;结构特性;特异效应；应用;制备方法 Methods of Preparation and Characterization of nano-materials Kevin Peng (WUYI University Jiangmen Guangdong) Abstract:The nano-materials known as“the most promising material in the21st century”along with the information technology and the biotechnology has become one of the three pillars of the socio-economic development and the strategic high ground in the21st century.Because of the special structure of the nano-materials,as well as its specific effects and performance,thenano-materials have the special purposes other than the conventional materials. In this paper,we search for the structural properties,specific effect and the performance and the Synthesis and Characterization of nano-materials.The purpose is to provide theoretical guidance for the application and preparation of nano-materials. Keywords:nano-materials;structural properties;specific effect;applications;preparation methods 0前言 从人类认识世界的精度来看,人类的文明发展进程可以划分为模糊时代(工业革命之前)、毫米时代(工业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)。自20世纪80年代初,德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料”的概念,随后采用人工制备首次获得纳米晶体,并对其各种物性进行系统的研究以来,纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1～100nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲,纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒),一维材料(直径为纳米量级的纤维),二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜),以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲,则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体(体材料与微粒膜)。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次,是交叉学科跨世纪的战略科技领域。
纳米复合材料制备文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
方法： 1.1溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是一种制备纳米复合材料的重要方法，它是将无机相的前驱体(例如:正硅酸乙醋)和聚合单体、低聚物或高聚物在液态状态下相互混溶，实现分子级水平的均匀混合后，发生溶胶一凝胶反应，生成的纳米复合材料的各组分之间可以形成相互连接的范德华力、氢键或者是化学键，防止了相分离的发生。 溶胶凝胶法的特点在于，该方法反应条件温和，分散均匀，甚至可以达到“分子复合”的水平。目前溶胶一凝胶法是应用最多、也比较完善的方法之一。但它也有一些缺点，如前驱物大都是正硅酸烷基酷，价格昂贵而且有毒;干燥过程中由于溶剂、小分子的挥发，使材料内部产生收缩应力，致使材料脆裂，很难获得大面积或较厚的纳米复合材料等。 1.2原位聚合法 原位聚合，即在位分散聚合，是制备具有良好分散效果纳米复合材料的重要方法。该方法将纳米粒子在单体中均匀分散，然后在一定条件下就地聚合，形成纳米复合材料。 （由于这些原位生成的第二相与基体间的界面有着理想的原位匹配，能显着改善材料中两相界面的结合状况。而且，原位复合省去了第二相的预合成，简化了工艺。此外，原位复合还能够实现材料的特殊显微结构设计并获得特殊性能，同时避免因传统工艺制备材料时可能遇到的第二相分散不均匀，界面结合不牢固以及物理、化学反应使组成物相丧失某些特性等不足的问题。原位聚合法可在水相，也可在油相中发
生，单体可进行自由基聚合，在油相中还可进行缩聚反应，适用于大多数聚合物基有机一无机纳米复合体系的制备。） 原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子分散均匀，粒子的纳米特性完好无损。同时在聚合过程中，只经次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生的降解，从而保持了基本性能的稳定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适合于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。 1.3插层法 插层复合法是将单体或插层剂插层于具有层状结构的硅酸盐(粘土、云母等)、石墨、金属氧化物等无机物中，然后单体在无机片层之间聚合。在此过程中，单体进入无机片层之间，并因聚合可使片层间距扩大甚至剥离，使层状填料在聚合物基体中达到纳米尺度的分散，从而获得纳米级复合材料。 1.3.1溶剂插层法(大分子或预聚物插层法) 该方法首先将层状硅酸盐在一种溶剂(可以是有机溶剂或水)中剥离成单片层，然后将聚合物(对于不溶解聚合物，可使用预聚物)溶解在该混合物中，由于聚合物与层状硅酸盐片层有一定的吸附作用，当除去溶剂后，层状硅酸盐发生聚集，将聚合物夹在层状硅酸盐之间，得到具有一定规整结构的纳米复合材料。 对于水溶性基体，如氧化聚乙烯PEo[聚乙烯醇PVA[s]都使用该方法得到了插层型纳米复合材料，而聚己酸内醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用该方法得到了纳米复合材料件。对于不能溶解的一些聚合
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、
高分子纳米复合材料的制备 摘要： 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独特的性质，应用前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值，所以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”［1, 2］。 关键词：高分子纳米复合材料，纳米单元，制备 由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性，展示了广阔的应用前景；同时它也为常规的复合材料的研究增添了新的内容，含有纳米单元相的纳米复合材料［5］通常以实际应用为直接目标，是纳米材料工程的重要组成部分，正成为当前纳米材料发展的新动向，其中高分子纳米复合材料［6～10］由于高分子基体具有易加工、耐腐蚀等优异性能，且能抑止纳米单元的氧化和团聚，使体系具有较高的长效稳定性，能充分发挥纳米单元的特异性能，而尤受广大研究人员的重视。 高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料，所采用的纳米单元按成分分可以是金属，也可以是陶瓷、高分子等；按几何条件分可以是球状、片状、柱状纳米粒子，甚至是纳米丝、纳米管、纳米膜等；按相结构分可以是单相，也可以是多相，涉及的范围很广，广义上说多相高分子复合材料，只要其某一组成相至少有一维的尺寸处在纳米尺度范围（1 nm～100 nm）内，就可将其看为高分子纳米复合材料。对通常的纳米粒子/高分子复合材料按其复合的类型大致可分为三种：0-0复合，0-2 复合和0-3复合，纳米粒子在高分子基体中可以均匀分散，也可以非均匀分散；可能有序排布，也可能无序排布，甚至粒子聚集体形成分形结构；复合体系的主要几何参数包括纳米单元的自身几何参数，空间分布参数和体积分数，本文主要涉及后两种类型的高分子纳米复合材料。此外，还有1-3复合型，2-3复合型高分子纳米复合材料，高分子纳米多层膜复合材料，有机高分子介孔固体与异质纳米粒子组装的复合材料等等［1］。 纳米单元与高分子直接共混 此法是将制备好的纳米单元与高分子直接共混，可以是溶液形式、乳液形式，也可以是熔融形式共混。可用于直接共混的纳米单元的制备方法种类繁多［15～18］，通常有两种形式的制备：从小到大的构筑式，即由原子、分子等前体出发制备；从大到小的粉碎式，即由常规块材前体出发制备（一般为了更好控制所制备的纳米单元的微观结构性能，常采用构筑式制备法）。总体上又可分为物理方法、化学方法和物理化学方法三种。 物理方法有物理粉碎法，采用超细磨制备纳米粒子，利用介质和物料间相互研磨和冲击，并附以助磨剂或大功率超声波粉碎，达到微粒的微细化；物理气相沉积法（PVD）：在低压的惰性气体中加热欲蒸发的物质，使之气化，再在惰性气体中冷凝成纳米粒子，加热源可以是电阻加热、高频感应、电子束或激光等，不同的加热方法制备的纳米粒子的量、大小及分布等有差异；还有流动液
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。
报告 课程名称纳米科学与技术专业班级电气1241 姓名张伟 学号32 电气与信息学院 和谐勤奋求是创新
纳米材料的测试与表征 摘要：介绍了纳米材料的特性及测试与表征。综合使用各种不同的分析和表征方法，可对纳米材料的结构和性能进行有效研究。 关键词：测试技术；表征方法；纳米材料 引言 纳米材料具有许多优良的物理及化学特性以及一系列新异的力、光、声、热、电、磁及催化特性，被广泛应用于国防、电子、化工、建材、医药、航空、能源、环境及日常生活用品中，具有重大的现实与潜在的高科技应用前景。纳米材料的化学组成及其结构是决定其性能和应用的关键因素，而要探讨纳米材料的结构与性能之间的关系，就必须对其在原子尺度和纳米尺度上进行表征。其重要的微观特征包括：晶粒尺寸及其分布和形貌、晶界及相界面的本质和形貌、晶体的完整性和晶间缺陷的性质、跨晶粒和跨晶界的成分分布、微晶及晶界中杂质的剖析等。如果是层状纳米结构，则要表征的重要特征还有：界面的厚度和凝聚力、跨面的成分分布、缺陷的性质等。总之，通过对纳米材料的结构特性的研究，可为解释材料结构与性能的关系提供实验依据。 纳米材料尺度的测量包括：纳米粒子的粒径、形貌、分散状况以及物相和晶体结构的测量；纳米线、纳米管的直径、长度以及端面结构的测量和纳米薄膜厚度、纳米尺度的多层膜的层厚度的测量等。适合纳米材料尺度测量与性能表征的仪器主要有：电子显微镜、场离子显微镜、扫描探测显微镜Χ光衍射仪和激光粒径仪等。 紫外和可见光谱是纳米材料谱学分析的基本手段，分为吸收光谱、发射光谱和荧光光谱。吸收光谱主要用于监测胶体纳米微粒形成过程；发射光谱主要用于对纳米半导体发光性质的表征，荧光光谱则主要用来对纳米材料特别是纳米发光材料的荧光性质进行表征。红外和喇曼光谱的强度分别依赖于振动分子的偶极矩变化和极化率的变化，因而，可用于揭示纳米材料中的空位、间隙原子、位错、晶界和相界等方面的信息。纳米材料中的晶界结构比较复杂，与材料的成分、键合类型、制备方法、成型条件以及热处理过程等因素均有密切的关系。喇曼频移与物质分子的转动和振动能级有关，不同的物质产生不同的喇曼频移。喇曼频率特征可提供有价值的结构信息，利用喇曼光谱可以对纳米材料进行分子结构、键态特征分析和定性鉴定等。喇曼光谱具有灵敏度高、不破坏样品、方便快速等优点，是研究纳米材料，特别是低维纳米材料的首选方法。 目前对纳米微观结构的分析表征手段主要有扫描探针显微技术，它包括扫描隧道电子显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等。利用探针与样品的不同相互作用，在纳米级至原子级水平上研究物质表面的原子和分子的几何结构及与电子行为有关的物理、化学性质。例如用STM不仅可以观察到纳米材料表面的原子或电子结构，还可以观察表面存在的原子台阶、平台、坑、丘等结构缺陷。高分辨电子显微镜用来观察位错、孪晶、晶界、位错网络等缺陷，核磁共振技术可以用来研究氧缺位的分布、原子的配位情况、运动过程以及电子密度的变化；用核磁共振技术可以研究未成键电子数、悬挂键的类型、数量以及键的结构特征等。 测试技术的发展 纳米测试技术的研究大致分为三个方面：一是创造新的纳米测量技术，建立新理论、新方法；二是对现有纳米测量技术进行改造、升级、完善，使它们能适应纳米测量的需要；三是多种不同的纳米测量技术有机结合、取长补短，使之能适应纳米科学技术研究的需要。纳米测试技术是多种技术的综合，如何将测试技术与控制技术相融合，将探测、定位、测量、控制、信号处理等系统结合在一起构成一个大系统，开发、设计、制造出实用新型的纳米测量系统，是亟待解决的问题，也是今后发展的方向。随着纳米材料科学的发展和纳米制备技术的进步，将需要更新的测试技术和手段来表征、评价纳米粒子的粒径、形貌、分散和团聚
第23卷第4期2002年7月 江苏大学学报(自然科学版) Journal of Jiangsu U niversity(Natur al Science) V ol.23No.4 July2002 纳米复合材料及其制备技术综述 赵晓兵,陈志刚 (江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013) [摘 要]纳米材料是一种新型高性能的材料,已在工业生产中得到了广泛的应用 由于它具有特殊的用途和性能,更多地应用于一些特定的场合 纳米材料的制备方法一直是人们关注的热点问题,本文综述了纳米复合材料的制备方法,着重介绍了制备纳米复合材料的关键 纳米粉体的分散技术,重点介绍了几种常用的分散方法及其原理,并较全面地分析了纳米复合材料的应用前景 [关键词]纳米复合材料;制备方法;分散 [中图分类号]TB383 [文献标识码]A [文章编号]1671-7775(2002)04-0052-05 纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度的范围或由它们作为基本单元构成的材料 在纳米量级的范围内,材料的各种限域效应能够引起各种特性发生相当大的改变[1,2] 这些变化可以提高材料的综合性能,为发展新型高性能材料创造了条件 然而,单一的纳米晶材料在制备技术上存在困难,往往不能满足实际应用的需要,许多研究将纳米粒子和其他材料复合成纳米复合材料,这种复合材料有可能同时兼顾纳米粒子和其他材料的优点,具有特殊的性能 纳米复合材料的概念最早是由Rey和Kom arneni在20世纪80年代提出的[3] 纳米复合材料是由两种或两种以上的不同相材料组成,其复合结构中至少有一个相在一个维度上呈纳米级大小 纳米复合材料的组成可以是金属/金属、金属/陶瓷、陶瓷/陶瓷、无机(金属、陶瓷)/聚合物、聚合物/无机及聚合物/聚合物等不同的组合方式 1 纳米粉体的分散 由于纳米组分粒径小、比表面积大,极易形成尺寸较大的团聚体[4],从而使纳米复合材料中不存在或存在很少的纳米相,难以发挥纳米相的独特作用 因此,纳米组分在基体中的分散是制备纳米复合材料的关键,受到广泛的重视,目前主要采用以下几种方法实现纳米级分散 1 1 超声波分散 利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流等,弱化纳米粒子间的纳米作用能,可有效地防止纳米粒子的团聚 Lu将平均粒径为10nm的CrSi2加到丙烯晴-苯乙烯共聚物的四氢呋喃溶液中,经超声分散得到包裹高分子材料的纳米晶体[5] 采用超声波分散时,若停止超声波振荡,仍有可能使纳米粒子再度团聚 另外,超声波对极细小的纳米颗粒,其分散效果并不理想,因为超声波分散时,颗粒共振加速运动,使颗粒碰撞能量增加,可能导致团聚 1 2 机械搅拌分散 借助外力的剪切作用使纳米粒子分散在介质中 在机械搅拌下纳米粒子的特殊结构容易产生化学反应,形成有机化合物枝链或保护层,使纳米粒子更易分散 但搅拌会造成溶液飞溅,反应物损失 1 3 分散剂分散 1 3 1 加入反絮凝剂形成双电层 选择适当的电解质作分散剂,使纳米粒子表面吸引异电离子形成双电层,通过双电层之间的库仑排斥作用使纳米粒子分散 例如,用盐酸处理纳米Al2O3后,在纳米Al2O3粒子表面生成三氯化铝(AlCl3),三氯化铝水解生成AlCl2+和AlCl2+,犹如纳米Al2O3粒子表面吸附了一层AlCl2+和AlCl2+,使纳米Al2O3成为一个带正电荷的胶粒,然后胶粒吸附OH-而形成一个庞大的胶团 如图1所示 由此可得分散较好的悬浮液 [收稿日期]2002-03-04 [基金项目]江苏省教育厅自然科学基金资助项目(99KJD430004) [作者简介]赵晓兵(1975-),男,河北石家庄人,江苏大学硕士生
纳米材料的表征及其催化效果评价方式纳米材料的表征主要目的是确定纳米材料的一些物理化学特性如形貌、尺寸、粒径、等电点、化学组成、晶型结构、禁带宽度和吸光特性等。 纳米材料催化效果评价方式主要是在光照（紫外、可见光、红外光或者太阳光）条件下纳米材料对一些污染物质（甲基橙、罗丹明B、亚甲基蓝和Cr6+等）的降解或者对一些物质的转化（用于选择性的合成过程）。评价指标为污染物质的去除效率、物质的转化效率以及反应的一级动力学常数k的大小。
1 、结构表征 XRD，ED，FT-IR, Raman，DLS 2 、成份分析 AAS，ICP-AES，XPS，EDS 3 、形貌表征 TEM，SEM，AFM 4 、性质表征-光、电、磁、热、力等 … UV-Vis，PL，Photocurrent
1. TEM TEM为透射电子显微镜，分辨率为～，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于微米、光学显微镜下无法看清的结构。TEM是一种对纳米材料形貌、粒径和尺寸进行表征的常规仪器，一般纳米材料的文献中都会用到。 The morphologies of the samples were studied by a Shimadzu SSX-550 field-emission scanning electron microscopy (SEM) system, and a JEOL JEM-2010 transmission electron microscopy (TEM)[1]. 一般情况下，TEM还会装配High-Resolution TEM（高分辨率透射电子显微镜）、EDX（能量弥散X射线谱）和SAED（选区电子衍射）。High-Resolution TEM用于观察纳米材料的晶面参数，推断出纳米材料的晶型；EDX一般用于分析样品里面含有的元素，以及元素所占的比率；SAED用于实现晶体样品的形貌特征与晶体学性质的原位分析。
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao) October Acta Phys.?Chim.Sin.,2006,22(10)：1175~1180 ZnO?CNTs纳米复合材料的制备及性能表征朱路平1,2黄文娅3马丽丽4傅绍云1,*余颖4贾志杰4 (1中国科学院理化技术研究所,北京100080；2中国科学院研究生院,北京100049； 3武汉耀华玻璃有限公司,武汉430010；4华中师范大学纳米科技研究院,武汉430079)摘要以醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)和经硝酸处理过的碳纳米管(CNTs)为原料,一缩二乙二醇(DEG)为溶剂, 采用溶胶法制备得到ZnO?CNTs纳米复合材料,并通过XRD、TEM、SEM、IR、PL等手段对样品进行了表征, TEM及SEM结果显示,负载在碳纳米管上的氧化锌纳米颗粒的尺寸小于25nm.讨论了反应时间、反应温度等 因素对产品形貌的影响,并对复合材料的光致发光效应及其形成机理进行了初步的探讨.PL结果表明,相对于 纯ZnO,ZnO?CNTs纳米复合材料的近紫外发射峰峰位发生了明显的蓝移. 关键词：溶胶法,ZnO?CNTs,纳米复合材料,红外吸收,光致发光光谱 中图分类号：O648 Synthesis and Characteristics of ZnO?CNTs Nanocomposites ZHU,Lu?Ping1,2HUANG,Wen?Ya3MA,Li?Li4FU,Shao?Yun1,*YU,Ying4JIA,Zhi?Jie4 (1Technical Institute of Physics and Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing100080,P.R.China；2Graduate School of the Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,P.R.China；3Wuhan Yaohua Pilkington Safety Glass Co.Ltd.,Wuhan 430010,P.R.China；4Institute of Nano?Science and Technology,Central China Normal University,Wuhan430079,P.R.China) Abstract ZnO?CNTs nanocomposites were successfully synthesized by sol method using Zn(CH3COO)2·2H2O and treated multiwalled carbon nanotubes(CNTs)as raw materials and diethyleneglycol(DEG)as regent.The samples were determined by means of X?ray diffraction(XRD),transmission electron microscopy(TEM),scanning electron microscopy(SEM),infrared(IR)absorbence,and photoluminescence(PL)spectrum.TEM and SEM images indicated that the coating layer was composed of ZnO nanoparticles with size less than25nm.The effects of various experimental conditions,such as reaction duration and reaction temperature on the obtained composites were investigated as well.Finally,PL function and possible formation mechanism of ZnO?CNTs nanocomposites were proposed.The PL spectra of ZnO?CNTs nanocomposites showed obvious blue?shifts compared with that of pure ZnO nanomaterial. Keywords：Sol method,ZnO?CNTs,Nanocomposite,IR absorbence,PL spectrum 碳纳米管(CNTs)自从1991年[1]被发现以来,由于其独特的结构、纳米级的尺寸、高的有效比表面积和可呈现导体的性质,使其在工程材料的纳米增强相和半导体材料等方面很受关注.同时,由于其具有极大的比表面积和化学稳定性,以及独特的电子结构、孔腔结构和吸附性能,也被认为是一种良好的载体[2?6].近几年来,由于碳纳米管管壁的官能化的发展,加之其优良的电子传导性,对反应物种和反应产物的特殊吸附及脱附性能,特殊的孔腔空间立体选择性,碳与金属催化剂的金属?载体强相互作用以及碳纳米管的量子效应而导致的特异性催化和光催化性质,使其越来越多地用作催化剂载体[7].目前 [Article]https://www.doczj.com/doc/c911334166.html, Received:March22,2006;Revised:April14,2006.*Correspondent,E?mail:lpzhu@https://www.doczj.com/doc/c911334166.html, or syfu@https://www.doczj.com/doc/c911334166.html,;Tel/Fax:010?82543752.国家自然科学基金(20207002)资助项目 鬁Editorial office of Acta Physico?Chimica Sinica 1175
TiO 2纳米材料的制备与表征 医药化工学院 化学教育专业 学生：xxx 指导老师：xxx 1前言 纳米TiO 2在各个领域中的应用，如：制造氧敏元件、电子陶瓷材料、防晒剂、防紫外线透明塑料薄膜、农用塑料薄膜、防紫外纤维和抗菌纤维、抗菌涂料、抗菌釉面砖、效应颜料、光催化剂和催化剂载体、超双亲性玻璃等。这些材料在电子工业、涂料工业、轿车工业、建筑工业、纺织工业、食品包装、化妆品、环境保护、废水处理等领域中有着广泛的用途。 2实验部分 2.1 实验目的 了解TiO2纳米材料制备的方法；掌握用溶胶-凝胶法制备TiO2纳米材料的原理和过程；掌握纳米材料的标准手段和分析方法 2.2 实验原理 水解缩聚陈化涂层、成纤、成型干燥热处理金属醇盐 溶剂、水 抑制剂溶胶湿凝胶干凝胶 成品 Ti(OC4H9)4 + H2O ----> TiO2 + C4H9OH 实验装置图 2.3 实验仪器和试剂 2.3.1 主要仪器 常用常压化学合成仪器一套，电磁搅拌器，烘箱，马弗炉，粒度分布测定仪，比表面仪，差热-热重分析仪
2.3.2实验试剂 钛酸正丁酯，无水乙醇，乙酰丙酮，强酸 2.4 实验方法 2.4.1溶胶-凝胶法制备TiO 2 （1）水浴加热集热式恒温磁力搅拌器至65℃左右，安装三颈烧瓶装置、温度计和滴液漏斗，量取60ml的无水乙醇置于三颈烧瓶中。 （2）将30ml的钛酸四丁酯（Ti(OC4H9)4）装入滴液漏斗，自滴液漏斗缓慢滴加钛酸四丁酯（Ti(OC4H9)4）至装有无水乙醇三颈烧瓶中，保持反应温度为65℃左右，约0.5h滴加完毕。（3）滴加完毕后，将3ml乙酰丙酮装入入滴液漏斗，自滴液漏斗缓慢滴加乙酰丙酮至三颈烧瓶中，滴加完毕。再搅拌0.5小时。 （4）将1.1ml硝酸、9ml去离子水、32ml的无水乙醇预先混合，装入滴液漏斗，再缓慢加入到三颈烧瓶中，0.5小时滴加完毕，再搅拌3小时，得到二氧化钛溶胶，陈化12小时。（5）制备的二氧化钛溶胶至于60℃的真空干燥箱中干燥24小时，得到二氧化钛凝胶。（6）将制备的凝胶至于坩埚中，按照一定的升温曲线，600℃烧成保温2小时，得到二氧化钛粉末。 3.结果与讨论 mTiO2 =7.4g 颜色灰色 产率为 7.4/6.8=108.82% 4结束语 本实验溶胶-凝胶法制备TiO2通常以钛醇盐Ti(OR)4 为原料，合成工艺为：钛醇盐溶于溶剂中形成均相溶液，逐滴加入水后，钛醇盐发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成1 nm 左右粒子并形成溶胶，经陈化，溶胶形成三维网络而成凝胶，凝胶在恒温箱中加热以去除残余水份和有机溶剂，得到干凝胶，经研磨后煅烧，除去吸附的羟基和烷基团以及物理吸附的有机溶剂和水，得到纳米TiO2 粉体。 通过两人一组实验，在实验过程中，培养了两人的合作精神。在指导老师的细心指导下，实验顺利进行，完成。在实验过程中，巩固了实验操作的基本技能，复习了课堂上的理论知识。实验过程中收获很大，感谢指导老师的悉心指导，同时也感谢同学们，因为有他们的合作，实验遇到的困难才一一得以解决，实验才顺利进行。 参考文献: 1) 北京师范大学, 等. 无机化学实验[M ]. 北京: 高等教育出版社, 1991.
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