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酸性条件下金红石型TiO2纳米单晶的直接合成Preparation of Nanocrystalline Rutile Titaniain Condition of Acid范 晶,梁 英,夏晓红,姜 云,贾志杰(华中师范大学物理学院纳米科技研究院,武汉430079)FAN Jing,L IAN G Y ing,XIA Xiao2hong,J IAN G Yun,J IA Zhi2jie(Nano2science and Technology Research Center,Depart mentof Physics,Cent ral China Normal University,Wuhan430079,China)摘要:以TiCl4为主要原料,通过压力热晶法在300～400℃酸性条件下直接制备金红石型的TiO2纳米单晶,并通过TEM,XRD,HR TEM,FFT等技术手段对TiO2纳米晶的结构和形貌进行了表征。
结果表明:高温和高压下有利于TiO2结晶成型。
TEM显示:制备得到的TiO2纳米晶具有四方型结构外观,尺寸为十几到几百纳米,高温灼烧后纳米晶型不发生变化。
XRD显示:制备得到的TiO2纳米晶是金红石型结构。
关键词:压力热晶法;金红石型TiO2;纳米单晶;制备中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:100124381(2006)Suppl20156204Abstract:Nanocrystalline rutile TiO2particles were direct synt hesized by300～400℃pressure2t her2 malcrystallization met hod using TiCl4as t he soure material in t he condition of acid.The characteristics of t he powders were st udied by XRD,TEM,HR TEM,FF T.The result s showed t hat t he high tem2 perat ure and p ressure are good for nanocrystalline TiO2forming.The size of t he particles ranges f rom 10to300nm,and square apparent st ruct ure.The formation,morp hology and particle size of rutile TiO2isn’t change after t reated at t he high temperat ure.K ey w ords:p ressure2t hermalcrystallization met hod;rutile TiO2;nanocrystalline;preparation TiO2为多晶型化合物,其晶型有:板钛矿型、锐钛矿和金红石型,其中金红石型最为稳定。
金红石相TiO2的制备及价电子结构研究刘立华;胡天文;顾俊娜;华中【摘要】以钛酸丁酯、乙醇、硝酸、冰醋酸和去离子水为原料,采用溶胶—凝胶法合成TiO2干凝胶前驱体,将前驱体在空气氛围下在800 ℃进行退火处理,得到TiO2纳米粉末样品.X射线衍射和拉曼光谱表明样品的结构为金红石相TiO2.用固体与分子经验电子理论对金红石相TiO2的价电子结构进行了分析,结果表明Ti原子的杂化状态为甲种杂化的18杂阶,O原子的杂化状态为第3杂阶.金红石相TiO2的最强键在(1 10)晶面上,是由晶胞中心的Ti原子和相邻的O原子结合而成.【期刊名称】《吉林师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】3页(P5-7)【关键词】二氧化钛;价电子结构;溶胶—凝胶法【作者】刘立华;胡天文;顾俊娜;华中【作者单位】吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室,吉林四平136000【正文语种】中文【中图分类】O4690 引言二氧化钛(TiO2)是一种宽禁带半导体材料，具有许多优异的物理化学性质，如高介电常数、高硬度和很好的透过率，因此可用于集成电路的存贮电容器、保护层和光学元件［1-3］.它的电化学性质可以应用到太阳能电池、光催化和气体传感器［4-7］.近年来，国内外研究学者对二氧化钛纳米材料进行了广泛的研究［8-12］.其中人们研究较多的是二氧化钛的光催化性质和在太阳能电池方面的应用［13-14］.而对二氧化钛价电子结构的研究还很少.本论文通过溶胶—凝胶法制备了TiO2胶体，再经过800℃的退火处理，得到了TiO2纳米粉末.利用X射线衍射技术对样品的结构进行表征，用固体与分子经验电子理论的键距差方法对金红石相TiO2的价电子结构进行了计算与讨论.1 实验过程以化学纯的钛酸丁酯(［CH3(CH2)3O］4Ti)为前驱物，无水乙醇为溶剂，冰醋酸为螯合剂，通过硝酸调节 PH值.将 10mL(29mmol)钛酸丁酯(［CH3(CH2)3O］4Ti)在剧烈搅拌下滴加到20mL无水乙醇中，搅拌30min，得淡黄色溶液A;在10mL无水乙醇中加入1.5mL去离子水、1mL硝酸和1mL冰醋酸，得溶液B.在剧烈搅拌下将溶液B缓慢滴加到溶液A中，待滴加完毕后，再搅拌2 h，得淡黄色溶液，室温下陈化24 h，得到稳定的溶胶.然后将溶胶放入干燥箱中80℃干燥48 h得到干凝胶.最后将干凝胶置于箱式炉内在空气氛围下800℃进行退火处理，保温5 h后，随炉自然降温，得到TiO2粉末样品.2 样品表征为了确定样品的微观结构，我们对样品进行了XRD测试，如图1所示.从图中可以看到，800℃退火处理的样品为金红石相，衍射峰中没有杂相的衍射峰，样品结构完全是金红石相.根据Scherrer公式计算样品的晶粒尺寸为56nm，说明我们的样品是纳米金红石粉末.对样品XRD的衍射峰进行计算，得出晶格常数分别为a=4.60426Å，c=2.96674Å.图1 800℃退火处理的TiO2样品的XRD谱图为了进一步表征样品的微观结构，我们用英国Renishaw公司的激光拉曼光谱仪对样品的拉曼散射进行了测试，激光光源使用氧离子激光器，波长为514.5nm.样品的拉曼光谱如图2所示.金红石相TiO2属于P42/mnm空间群，有四个振动模式，分别是 143cm-1(B1g)、444cm-1(Eg)、612cm-1(A1g)和826cm-1(B2g).我们制备的样品在143.3cm-1、449.0cm-1和610.5cm-1处出现了金红石相的散射峰，而在231.9cm-1处出现的宽峰则是由几个峰的联合体［15］，说明此时样品为金红石结构，这与XRD分析一致.图2 800℃退火处理的TiO2样品的拉曼光谱3 价电子结构的计算及讨论根据晶体结构资料［16］，金红石相 TiO2有以下晶体学资料:C4 四方 M=2 P42/mnm No.136原点在对称中心等效位置:其中，C4表示结构类型的名称，四方表示该型的布拉维点阵，M表示在布拉维点阵晶胞内含有的分子数.P42/mnm是空间群的国际符号，No.136是空间群的序号.在等效位置部分，每种原子(元素符号)后面列出了它所占的空间群等效位置的乌科夫符号(等效位置次数、位置的乌科夫符号、位置对称性的点群符号)，后面继之以位置坐标.据此画出金红石相TiO2的晶胞，如图3所示.根据Ti和O的杂化表，利用键距差方法［16］，选取β=0.62257，计算晶胞内的六种共价键，设计计算机程序就可计算出键距差小于0.05Å的结果，再经过分析就可以确定金红石相TiO2的价电子结构.计算得出金红石相TiO2的键距和价电子结构分别列于表1和表2.图3 金红石相TiO2的晶胞示意图表1 金红石相TiO2的键距表2 金红石相TiO2的价电子结构分析由上表的价电子结构计算结果可以看出，金红石相TiO2中，Ti原子的杂化状态为甲种杂化的18杂阶，O原子的杂化状态为第3杂阶.现在根据表1和图3来分析一下键结合的情况.图3中晶胞中心的Ti原子，它和相邻的四个氧原子结成四条最强的键nA=0.71026，这四个键都在晶面上，最强键对晶体起很重要的作用，它使得原子间结合能力强，抵抗变形的能力强.次强键也是由Ti和O形成的，nB=0.51491，这个键也在晶面上.沿着C轴方向A键连成一维串形键条.此外，在［110］方向有 B—A—A—B—B—A—A—B交叉连接，形成一维串形键结构.这两组串形键结构就在晶格空间组成三维的相当强的键网，可能会对金红石相TiO2的热学性质、力学性质及光电性质产生影响.4 结论本论文通过溶胶—凝胶法制备了TiO2胶体，再经过800℃的退火处理，得到了TiO2纳米粉末.X射线衍射和拉曼光谱表明样品的结构为金红石相TiO2.用固体与分子经验电子理论计算了金红石相TiO2的价电子结构，结果表明，Ti原子的杂化状态为甲种杂化的18杂阶，O原子的杂化状态为第3杂阶.金红石相TiO2的最强键在晶面上，是由晶胞中心的Ti原子和相邻的氧原子结合而成的.参考文献【相关文献】［1］Yoldas B E，O＇Keeffe T W.Antireflective coatings applied from metal-organic derived liquid 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金红石型二氧化钛生产方法
金红石型二氧化钛是一种重要的钛白粉品种，具有良好的光学性能和稳定性，在涂料、塑料、橡胶、油墨等领域有广泛的应用。
下面是金红石型二氧化钛的生产方法的一般步骤：
1.原料准备：选择优质的钛矿石作为原料，常用的有金红石矿、金红石型钛矿石等。
钛矿石经过矿石选矿、破碎、粉碎等工艺处理后，得到适合生产的原料。
2.氧化焙烧：将经过粉碎处理的钛矿石原料进行氧化焙烧。
焙烧过程中，将钛矿石暴露在高温的氧气气氛中，使得钛矿石中的二氧化钛转化为金红石型晶体结构。
通常焙烧温度在800°C到1000°C之间。
3.粉体制备：将焙烧后的钛矿石进行粉碎，得到细颗粒的二氧化钛粉末。
此过程中需要控制粉碎颗粒的大小和分布。
4.表面处理：对得到的二氧化钛粉末进行表面处理，以改善粉末的分散性和增强与基体材料的结合力。
常见的表面处理方法包括涂覆有机物、硅烷偶联剂处理等。
5.热处理：将经过表面处理的二氧化钛粉末进行热处理，使得其晶体结构更加稳定，并进一步改善其光学性能和分散性。
6.产品包装：对处理好的金红石型二氧化钛进行包装，通常采用防潮、防尘的包装方式，以保证产品质量。
需要注意的是，金红石型二氧化钛的生产过程中需要严格控制各个工艺参数，以确保产品的品质稳定性和性能要求。
此外，生产过程中应注意环境保护和安全生产，减少对环境的污染和对人体健康的影响。
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金红石型二氧化钛超微颗粒制备及表征金红石型二氧化钛（rutile TiO2）具有优良的光学、电学特性，是
广泛应用于催化剂、光催化、光电池、传感器等领域的重要材料。
超微颗
粒（nanoparticles）的引入可以增强其表面积、活性和比表面反应等性能。
超微颗粒制备方法多种多样，如水热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等。
本文以水热法为例介绍超微颗粒的制备和表征方法。
制备方法：
将二氧化钛前驱体（如钛酸四丁酯）溶于乙醇中，加入表面活性剂
（如十六烷基苯磺酸钠），搅拌达到均匀溶解。
将溶液移入反应釜中，在
液相中加入氨水，以控制pH值，然后在高温高压下（通常为150-200°C，5-10h）进行水热处理，重点是调控温度和反应时间。
表征方法：
1.X射线衍射分析(XRD)。
使用XRD仪器对样品进行分析，得出样品的晶体结构、晶粒尺寸等信息。
人们发现，水热法制备的二氧化钛颗粒常常伴随着热失控现象，会改
变其晶结构和形态，因此我们操作实验时需要注意控制水热条件，以避免
这种情况。
2.透射电子显微镜(TEM)。
使用TEM观察样品的形貌、粒径、尺寸分布等信息。
水热法制备的二
氧化钛颗粒通常呈现出成群、聚集的簇团状，需要进行超声分散等处理以
得到均匀的样品。
3.红外光谱傅里叶变换（FTIR）。
使用FTIR分析样品的表面化学组成、官能团等信息。
水热法制备的二氧化钛颗粒表面常常被表面活性剂包覆，需要对其进行去结晶和清洗，以提供准确的分析结果。
高分子材料改性用金红石型纳米TiO2的制备及表征的开题报告一、研究背景和意义高分子材料广泛应用于各个领域，但是其力学性能、热稳定性及光学性能等方面常常不能满足实际需求。
因此，需要对高分子材料进行改性以提高其性能。
目前，金红石型纳米TiO2作为高分子材料的改性剂在实际应用中具有广泛的潜力。
传统的TiO2纳米粒子具有较大的比表面积和良好的光催化性能，但其结晶性差，易聚集成团，导致不良的流变性和力学性能。
而金红石型TiO2晶体形态表现出良好的晶胞周期性和结构稳定性，因此被认为是一种优异的高分子材料改性剂。
二、研究内容和目标本研究旨在制备金红石型纳米TiO2，并将其应用于高分子材料的改性中。
具体研究内容包括：1. 根据文献报道制备金红石型纳米TiO2的方法；2. 采用XRD、SEM、TEM、FTIR等方法对所制备的纳米TiO2进行表征；3. 将制备得到的金红石型纳米TiO2应用于高分子材料中，研究对高分子材料性能的影响；4. 探索改性机理，分析金红石型纳米TiO2对高分子材料性能的改善机制。
三、研究方法和步骤方法：1. 溶胶-凝胶方法制备金红石型纳米TiO2；2. 采用XRD、SEM、TEM、FTIR等方法对所制备的纳米TiO2进行表征；3. 将制备得到的金红石型纳米TiO2应用于高分子材料中进行改性；4. 通过实验研究金红石型纳米TiO2对高分子材料性能的影响。
步骤：1. 制备金红石型纳米TiO2；2. 对所制备的纳米TiO2进行表征；3. 将制备得到的金红石型纳米TiO2溶于高分子材料中，制备改性材料；4. 对改性材料进行性能测试。
四、研究预期结果1. 成功制备金红石型纳米TiO2，并进行表征；2. 研究金红石型纳米TiO2对高分子材料性能的影响；3. 探索改性机理，分析金红石型纳米TiO2对高分子材料性能的改善机制。
五、研究的意义本研究有助于深入探究金红石型纳米TiO2在高分子材料改性中的作用机制，为高分子材料的性能优化提供新的思路和途径。
