实验八溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验
一、 实验目的
1、掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理;
2、了解TiO2纳米粒子光催化机理;
二、实验原理
溶胶－凝胶法Sol-Gel法是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化,再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法;
溶胶凝胶法制备TiO2纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的,其分步水解方程式为：
TiORn+H2OTiOHORn-1+ROH
TiOHORn-1+H2OTiOH2ORn-2+ROH
……
反应持续进行,直到生成TiOHn.
缩聚反应：
—Ti—OH+HO—Ti——Ti—O—Ti+H2O
—Ti—OR+HO—Ti——Ti—O—Ti+ROH
最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度,当金属-氧桥-聚合物达到一定宏观尺寸时,形成网状结构从而溶胶失去流动性,即凝胶形成;
三、原料及设备仪器
1、原料：钛酸正四丁脂分析纯、无水乙醇分析纯、冰醋酸分析纯、盐酸分析纯、蒸馏水
2、设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉
四、实验步骤
以钛酸正丁酯TiOC4H94为前驱物,无水乙醇C2H5OH为溶剂,冰醋酸CH3COOH为螯合剂,从而控制钛酸正丁酯均匀水解,减小水解产物的团聚,得到颗粒细小且均匀的二氧化钛溶胶;
1、室温下量取10mL钛酸丁酯,缓慢滴入到35mL无水乙醇中,用磁力搅拌器强力搅拌10min,混合均匀,形成黄色澄清溶液A;
2、将2mL冰醋酸和10mL蒸馏水加到另35mL无水乙醇中,剧烈搅拌,得到溶液B,滴入2-3滴盐酸,调节pH值使pH=3;
3、室温水浴下,在剧烈搅拌下将溶液A缓慢滴入溶液B中;
4、滴加完毕后得浅黄色溶液,40℃水浴搅拌加热,约1h后得到白色凝胶倾斜烧瓶凝胶不流动;
5、置于80℃下烘干,大约20h,得黄色晶体,研磨,得到淡黄色粉末;
6、在600℃下热处理2h,得到二氧化钛纯白色粉体;
溶胶凝胶法 硝酸钛
溶胶凝胶法是一种常用的合成纳米材料的方法，它可以制备出高纯度、高比表面积的纳米材料。其中，硝酸钛是一种常用的原料，可以通过溶胶凝胶法制备出纳米级的二氧化钛材料。
溶胶凝胶法的基本原理是将金属离子或金属化合物在溶液中形成溶胶，然后通过加热或干燥使其凝胶化。在凝胶化的过程中，溶胶中的分子会形成三维网络结构，从而形成纳米级的材料。在制备硝酸钛的过程中，通常使用钛酸四丁酯作为前驱体，将其溶解在有机溶剂中，然后加入硝酸作为水解剂，形成钛酸溶胶。接着，将钛酸溶胶加热或干燥，使其凝胶化，最终得到纳米级的二氧化钛材料。
通过溶胶凝胶法制备的硝酸钛纳米材料具有许多优良的性质。首先，它们具有高比表面积和较小的晶粒尺寸，这使得它们具有更高的催化活性和光催化性能。其次，它们具有较高的晶体质量和纯度，这使得它们在光电子学、催化剂和传感器等领域具有广泛的应用前景。此外，溶胶凝胶法还具有制备工艺简单、成本低廉等优点，因此被广泛应用于纳米材料的制备领域。
溶胶凝胶法是一种有效的制备硝酸钛纳米材料的方法，它可以制备出高纯度、高比表面积的纳米材料，具有广泛的应用前景。未来，随着纳米材料在各个领域的应用不断扩大，溶胶凝胶法将会成为纳米材料制备领域的重要技术之一。
实验八 溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛实验
一、 实验目的
1、 掌握溶胶-凝胶法制备纳米粒子的原理。
2、 了解TiO2纳米粒子光催化机理。
二、 实验原理
溶胶-凝胶法（Sol-Gel法）是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化， 再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。
溶胶凝胶法制备TiO2纳米粒子是通过钛酸四丁酯的水解和缩聚反应来实现的，其分 步水解方程式为：
Ti（OR ）n+H2O ^OH）（OR） n-1+ROH
Ti（OH）（OR） n-1+H 2O — OH） 2（OR）n-2+ROH
反应持续进行，直到生成Ti（OH）n.
缩聚反应：
—Ti — OH+H—Ti — ____ — Ti —O—Ti+HzO
—Ti — OR+H—Ti — ____ — Ti —O—Ti+ROH
最后获得氧化物的结构和形态依赖于水解与缩聚反应的相对反应程度， 当金属-氧桥
-聚合物达到一定宏观尺寸时，形成网状结构从而溶胶失去流动性，即凝胶形成。
三、 原料及设备仪器
1、 原料：钛酸正四丁脂（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、冰醋酸（分析纯）、盐酸（分 析纯）、蒸馏水
2、 设备仪器：电磁搅拌器、恒温干燥箱、高温炉
四、 实验步骤
以钛酸正丁酯［Ti（OC4H）4］为前驱物，无水乙醇（C2H5OH为溶剂，冰醋酸（CHBCOOH为 螯合剂，从而控制钛酸正丁酯均匀水解，减小水解产物的团聚，得到颗粒细小且均匀的 二氧化钛溶胶。
1、 室温下量取10 mL钛酸丁酯，缓慢滴入到35 mL无水乙醇中，用磁力搅拌器强力 搅拌10 min，混合均匀，形成黄色澄清溶液 A。
2、 将2 mL冰醋酸和10 mL蒸馏水加到另35 mL无水乙醇中，剧烈搅拌，得到溶液 B,滴入2-3滴盐酸，调节pH值使pH=3
3、 室温水浴下，在剧烈搅拌下将溶液 A缓慢滴入溶液B中。
4、 滴加完毕后得浅黄色溶液，40 C水浴搅拌加热，约1 h后得到白色凝胶（倾斜烧 瓶凝胶不流动）。
溶胶-凝胶法合成Li4Ti5O12
1实验原理
在锂离子电池中，新插入的Li+是填在间隙上，迁移通道适宜，电导率才能大幅度提高。因此，要想提高材料的离子导电率，必须要求离子通道大小与锂离子半径大小相匹配，通道间不能有阻隔，有较高的离子浓度及空隙浓度等[8]。所以本实验通过掺杂引入少量超级导电碳黑SP，在晶格内部代替Li+、Ti4+，形成晶格缺陷，提高其晶胞内锂离子扩散速率，从而提高离子的导电率。本试验采用溶胶-凝胶法合成钛酸锂，构造一个三维导电浸透网，在合成过程中掺杂1%SP，提高电子导电率、增加电池能量、实现快速充放电。但是加入的SP量要控制得当，量过多则会引起离子的迁移通道过大，反而降低导电性能。溶胶-凝胶法是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶，然后是溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。基本反应原理[12]如下：
（1）溶剂化：M(H2O)nz+→M(H2O)n－1 (z-1)++H+
（2）水解反应：M(OR)n+xH2O →M(OH)x(OR)n-x+ xROH
M(OR)n +nH2O→ M(OH)n +nROH
（3）缩聚反应：M-OH+HO-M→ M-O-M+H2O
失醇缩聚：M-OR+HO-M→ M-O-M+ ROH
2实验步骤
本实验采用的溶胶-凝胶法制备Li4Ti5O12包括下面5个步骤：
(1)按n(Li): n(Ti)=0.82，分别准确称取CH3COOLi·2H2O、C16H36O4Ti备用；
(2)将醋酸锂溶解于适量无水乙醇中，再加入一定量的去离子水，加入水量为n(H2O): n(钛酸四丁脂)＝5: 1，以冰醋酸为螯合剂，n(冰醋酸): n(醋酸锂)=2:1，溶液中掺杂SP；
(3)将钛酸四丁脂缓慢地加入无水乙醇中，体积比为1: 5；
(4)溶解的醋酸锂溶液缓慢滴入钛酸四丁脂的乙醇溶液中进行反应，控制反应温度控制在室温，同时强力磁力搅拌，直至产物呈果冻状凝胶；
