水热法制备不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛
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水热法制备二氧化钛纳米晶体
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
〔1 〕
寸和形状。同时水热合成中的再结晶过程使得产物 有很高的纯度 , 并且反应中所需的仪器设备较为简 单, 反应过程也较简便
图 3 纳米 T iO2 粒子的粒径与体积分布 、 个数分布图
度和溶液的过饱和度。一般来说 , 在其他条件不变 的情况下 , 晶体的生长速率随水热反应温度的提高 而加快, 反应物的运动加快 , 碰撞机会增加, 导致产 物颗粒粒径增大。因此, 在制备纳米 T iO2 过程中, 反应温度是对粉体粒度、 晶型等特性有着决定作用 的因素之一。 3 . 2 . 2 反应时间 在反应温度为 140 , 分别以 NaOH 、 NH 4 OH 调 节 pH 值 , pH 值为 11 时 , 反应时间对产物颗粒粒径 的影响见图 5 。
由图 3 可知 , 纳米二氧化钛粒子的粒径一般在 10~ 30n m, 纳米 T i O2 个数粒子的粒径分布图中粒径 在 20nm 左右的 T iO2 粒子占 68 % 左右 , 剩下的粒径 在 20~ 30nm。而 在体积粒子粒 径分布图中 , 20nm 左右的粒子占 58 % 左右 , 剩下的粒径在 20~ 30nm。 也有极少部分粒子的粒径在 70~ 600nm。这也说明 了个数粒子粒径分布和体积粒径个数分布在统计中 的区别。出现一些粒径很大的颗粒主要是因为纳米 颗粒在溶液中团聚导致的 , 如果有两个或多个 T i O2 粒子团聚在一起 , 仪器将仍按一个粒子来处理 , 使得
图 4 反应温度对颗粒粒径的 影响
由图 4 可见, 用 NaOH 调节 p H 值时 , 随着反应 温度的升高 , 纳 米晶 体的 尺 寸逐 渐增 大, 120 时 12nm, 140 时 14nm, 160 时 17nm, 且纳米晶体晶 型更加完整。但是温度继续升高 , 纳米晶体的尺寸 不再有很大变化。以 NH 4OH 调节体系 p H 值时, 反 应温度为 120 时生成产物为无定形 , 温度升高, 在 反应温度为 140 时 , 纳米晶体尺 寸为 15nm, 温度 升为 160 时的颗粒粒径为 18n m, 纳米晶体的晶型 也更加完整, 继续升高温度, 颗粒尺寸基本不变。 由于水热合成 T i O2 是在一定的温度和在水的 自生压力 ( 此压力与填充度和水热反应温度有关 ) 下进行的。水热温度决定着结晶活化能、 溶质的浓
水热法合成二氧化钛纳米管的晶型与形貌控制的研究
摘 要 ：晶型与形 貌的控制对于二氧化钛纳米管 的应用具有 重要 的影响。采用水热法合成 了内径 约为 ５－６
ｎｍ ， 外径约 为 ９～１Ｏ ｎｍ，管长为 ２００～３００ｎｍ的纳米管。通过 ＸＲＤ、ＴＥＭ进行表征 ，研究 了 ＴｉＯｚ纳米 管在不 同 焙烧 温度的形貌和 晶型组成 的转化 ，同时探 讨不 同粒径和 晶相 的二氧化钛粉末原料对合成 ＴｉＯｚ纳米管 的形貌 和
晶型的的影响 。结果表 明 ：二氧化钛在水热 阶段形成无定 型结构 纳米 管 ，经高温焙烧后结 晶度增强 ，转变成金
红石 和锐钛矿混合型 。当焙烧温度为 ４００ ｏＣ时 ，纳米管能维持稳定 的管状结构 ，焙烧温度升 高将会导致 棒 。不 同晶型和粒径的 ＴｉＯ：合成原料对纳米管形貌和 晶型 的影 响显著 ，金红石 晶
第 ４７卷 第 ５期 ２０１８年 ５月
当 代 化
Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖｏ１．４７． ＮＯ．５ Ｍａｙ， ２０１８
水热 法合成 二氧化钛纳米 管的 晶型 与 形 貌 控 制 的研 究
张 萍，许 丽 ，王莉
（合肥 工业 大学 化 学 与化 丁学 院 ，安徽 合肥 ２３０００９）
型和粒径大的原料有利于纳米管 的合成 。
关 键 词 ：ＴｉＯ 纳 米 管 ；水 热 反 应 ； 晶 型 ；形 貌
中 图 分 类 号 ：Ｔ０ ０５０．４ ３
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ： １６７１—０４６０（２０１８）０５—０８９３—０４
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｒｙｓｔａｌ ａｎｄ Ｍ ｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＴｉＯ ： Ｎ ａｎｏｔｕｂｅｓ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ Ｈ ｙｄｒｏｔｈｅｒｍ ａｌ Ｍ ｅｔｈｏｄ
纳米TiO2的制备方法
31一、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种较为重要的制备纳米材料的湿化学方法，主要包括4步：1.溶胶的制备。
Ti(OR)4与水不能互溶，但与醇、苯等有机溶剂无限混溶，所以可先配制Ti(OR)4的醇溶液（多用无水乙醇）A，配制水的乙醇溶液B，并向B中添加无机酸（HCl，HNO 3等）或有机酸（HAc或柠檬酸等）作水解抑制剂，也可加一定量NH 3，将A和B按一定方式混合、搅拌得透明溶胶。
2.溶胶-凝胶的转变。
随着搅拌的进行，溶胶经过缩聚过程转变成湿凝胶。
3.使湿凝胶转变成干凝胶。
4.热处理。
将干凝胶磨细，在一定温度下热处理，便可得到纳米TiO 2。
以Ti(OC 4H 9)4为原料，无水乙醇为溶剂，盐酸作水解抑制剂，按摩尔比为Ti(OC 4H 9)4:H 2O:C 2H 5OH:HCl=1:(1～4):15:0.3，得到不同粒径和晶型的TiO 2纳米晶。
用溶胶-凝胶法制备了Pt掺杂的TiO 2，得出在Pt含量为0.1% mol的时候光催化性能最好。
溶胶-凝胶法(Sol-Gel)是目前研究应用最多的TiO 2光催化剂的制备方法之一，溶胶-凝胶法制备纳米材料有如下优点为：（1）反应条件温和，成分容易控制；（2）工艺、设备简单；（3）产品纯度高，容易掺杂改性。
在溶胶－凝胶过程中，溶胶由溶液制得。
化合物在分子级水平混合，故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致；颗粒细，胶粒尺寸小。
该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分，不溶性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液，经凝胶化、不溶组分可自然地固定在凝胶体系中，不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好；掺杂分布均匀，可溶性微量掺杂组分分布均匀，不会分离、偏析。
它比醇盐水解法优越，粉末活性高。
一般情况下，溶胶-凝胶法在室温合成无机材料，能从分子水平上设计和控制材料的均匀性，获得高纯、超细、均匀的纳米材料。
二、水热法水热合成法是在特制的密闭反应容器里，采用水溶液或其他液体作为反应介质，通过对反应容器加热，反应环境使难溶或不溶的物质溶解，进而成核、生长、最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒。
水热法制备纳米二氧化钛材料研究进展
机 材料处理的一种有 效方法 ，具 有操作 工艺简 单 ，条 件易 控制 ，制备产物纯度高 、分散性好 ，成本较低 ，环境友 好 ，
便 于实现工业化等优 点 ，且无 需后续 的煅烧 过程 ，从 而可 以有效避免材料之 间团聚现象 的 出现 。近年来 溶剂热 法 的 研 究也越来越广泛 ，它 是水热 法的一 种延伸 工艺 ，与水热
出优 良的制备 方法 ，从而 获得 晶型好 、分 散 度高且催 化性
能优异 的纳米 二氧化钛材料一直是光催化 材料 的发展趋势 。 目前国内外 制备 Ｔ 的方 法多种 多样 ，主要分 为气相
染料敏化太 阳能 电池＿ １ 、传感 器［ １ 、生物 应用［ １ ］ 等 方面
显示 了广阔 的应用前景 ，成为学者们重点研究对象之一 。 自１ ９ ９ ８ 年Ｋ ａ ｓ ｕ ｇ ａ 等［ ４ ］ 首次采用水热法成功制备出直径
ｈ ｔ ｔ ｐ ：／ ／ ｗｕ ． ｃ ｖ ． ｃ ｍａ ｓ ｔ ｅ ｑ ． Ｃ Ｏ ＇ ｔ ｎ・ ５ ・
用研究 已非常普 遍。本 文着 重选 取水热 法制 备一 维及 二维 Ｔ ｉ 纳米材料的相关研究进行总结，介绍不 同形貌 Ｔ 的特
性及应用，并展望该领域今后的研究方 向。
管 。该法制备的纳米管形态结构通常受到前 驱体粒 径、水热
温度和 时间 、碱 液类 型 和浓 度 、酸洗 浓度 等 因素 的影 响 。
中国材料科技与设备 （ 双月 刊）
水热法制备纳米二 氧化钛材料研究进展
２ ０ １ ３年 ・ 第 ３期
水 热 法 制 备 纳 米 二 氧 化 钛 材 料 研 究 进 展
王 玲
（ 杭州市特种设备检测 院 ，浙 江 杭州 ３ １ ０ ０ ０ ３ ）
水热法制备润湿性可调控的金红石型TiO2
成功制备得 到 了二氧化钛 纳米薄膜材料． 然后利 用 Ｘ射 线衍射 （ ） 扫描 电镜 （ Ｅ 、 触 角等测试手段对样品 Ⅺ 、 ｓ Ｍ）接 进行 了分析 表征． 究结果表 明： 研 合成得 到的纳米 Ｔｉ 具有金红石型 结构 ， ０２ 其晶粒尺寸仅为 ９ｌｎ 由这种纳米微粒 ｉ； ａ 形成的薄膜 呈现 出微 米一纳米复合结构形态． 经过 紫外光辐 照 ， 种薄膜 材料 的表 面润湿性 由强疏水 性向超 亲水 这 性 转变， 而且这种转 变具有光控 可逆性． 关键词 ： 水热反应 ； 红石 型 Ｔ０２表 面润湿性 ； 金 ｉ ； 光控转 变
得 到具有 金红 石型 结构 的纳米 二 氧化钛 粉体 及其 薄
采用 以下水热工艺制备纳米二氧化钛 ： 首先 配 制用氯化钠饱和的 ０３ｍｏ ・ 的三氯化钛溶液 ， ． ｌ Ｉ 将其 转 人 内置有 已经处 理好 的洁净玻 璃载 片 的聚 四 氟乙烯高压反应釜 中， 然后 于 １０℃温度下反应 ５ ６ ｈ 反应结束后取出玻璃 片并 收集得 到的粉体二氧 ． 化钛 ， 分别用蒸馏水和乙醇淋洗多次后 ， 将得到的纳
保存．
收 稿 日期 ：０ ９０ －０ ２０ －７２
基金项 目： 兰州交通大学 ‘ 青蓝 ’ 人才工程基金资助计划 （ ８ｏ Ａ ＱＩ －３ ） 作者简介： 王玉龙 （９ ５） 男 ， １８ 一 ， 甘肃武威人 ， 士生． 硕
兰
州
交
通
大
学
学
报
第 ２ 卷 ９
１ ３ 薄膜 的光控 润湿 性实验 ．
第２卷 ９
第１ 期
兰
州
交
通
大
学
学
报
Ｖｏ． ９Ｎｏ １ １２ ．
Ｆ ｂ ２ １ ｅ．００
《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。
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，到达均匀加热，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，因此在一样微波条件下，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展选择性加热。
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构造，使能量迅速传达至反响物的各个功能团上。
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响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，降低反响活化能，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，从而促进了反响进程，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。
实验三_水热法制备纳米二氧化钛
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。
OTi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+xC4H9OHTi(OC4H9)4-x OH x+Ti(OC4H9)4(OC4H9)4-x TiO x Ti(OC4H9)4-x+xC4H9OHa = 4.593Åc = 2.959ÅEg=3.1eVρ= 4.250 g/cm30212.6fG∆=-a = 3.784 Åc = 9.515ÅEg=3.3eVρ= 3.894 g/cm30211.4/fG 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。
水热法制备氟掺杂纳米二氧化钛及其光催化活性的研究
水热法制备氟掺杂纳米二氧化钛及其光催化活性的研究龙岩学院化学与材料学院应用化学2008063516 李永泉指导老师：刘小英【摘要】本实验以钛酸四丁酯为原料，氢氟酸为掺杂剂，用水热法制备氟掺杂的TiO2粉末。
通过XRD 分析和甲基橙的光催化降解，对F掺杂量不同的TiO2的光催化性能和晶体结构进行探讨。
研究结果表明F 的掺杂没有影响TiO2的晶型，所有样品都为锐钛矿型TiO2。
F的掺杂也不会明显改变样品的晶粒尺寸。
当F含量较少时，可以显著提高样品的光催化活性，体积比为100∶6时所制备的样品的催化活性最佳。
【关键词】水热法，氟掺杂，纳米TiO2，光催化活性，晶体结构。
1引言纳米TiO2无毒、性能稳定，并且具有抗化学和光腐蚀、光催化活性高、对水污染物中有机物降解等优点，是当前最受重视和具有广阔应用前景的光催化氧化剂[1]。
纳米TiO2的制备方法可归纳为固相法、气相法和液相法三大类。
固相法制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优点，但能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质；气相法制备的纳米TiO2粉体纯度高、粒度小、单分散性好，但工艺复杂、能耗大、成本高[2]；相比之下，液相法具有合成温度低、设备简单、易操作等优点。
液相法又可分为液相沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热合成法等[3]。
水热法制备纳米TiO与其他液相法相比具有独特的优势：首先，可通过控制溶液组成、2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，并且反应中所需的仪器设备和反应过程均较为简单。
用水热法合成的纳米TiO2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[4]。
2二氧化钛的合成方法2.1固相法固相法是将金属盐或金属氧化物按一定的比例充分混合，研磨后进行煅烧，发生固相反应后，直接或再研磨得到超微粒子的一种制备方法。
该法虽然经济，工艺和设备简单，但是能耗大而不够纯，且粒子分布和粒子外貌上不能令人满意，所以主要用于对粉体的纯度和粒度要求不高的情况[5]。
水热法制备二氧化钛流程
水热法制备二氧化钛流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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水热法合成锐钛矿型纳米二氧化钛
水热法合成锐钛矿型纳米二氧化钛①杜作娟,古映莹(中南大学功能材料化学研究所,湖南长沙,410083)摘 要:以Ti(SO4)2为原料,采用水热法制备了锐钛矿型二氧化钛纳米粉体,利用XRD、激光粒度仪等分析测试手段对所得二氧化钛粉体的晶相组成、粒径分布等性质进行了表征。
探讨了反应温度和反应时间对粉体晶型及粒径的影响。
关键词:水热法;纳米粉体;二氧化钛;锐钛矿中图分类号:TQ134.1 文献标识码:A 文章编号:1009-9212(2002)05-0024-02 水热法是指在特别的密闭反应容器(高压釜)里,采用水溶液作为反应介质,通过对反应容器加热,创造一个高温、高压反应环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶[1]。
由于水热反应是在非受限的条件下进行,因此在制备纳米粉体上与其它湿化学方法相比有许多优越性[2],如具有在高温高压下一次完成,无需后期晶化处理,所制得粉体粒度分布窄,团聚程度低,成分纯净,制备过程污染小,易实现工业化生产等优点。
近年来用水热法制备TiO2粉体的研究较多[3～6]。
笔者采用新工艺,以Ti(SO4)2溶液为原料,在较低的温度下(200℃以下)和较短的时间(8h以下),水热合成了锐钛矿相纳米TiO2。
1 实验部分1.1 纳米TiO2的制备在搅拌的条件下将Na2CO3溶液加入一定浓度的Ti(SO4)2水溶液中,调整pH<3.0,制得前驱体,放入衬有聚四氟乙烯的高压容器内加热,填充度为80%,控制反应温度和反应时间。
所得产物用丙酮和蒸馏水依次洗涤至滤液无SO2-4检出,在100℃下干燥即得产物。
1.2 样品表征采用XRD、激光粒度分析仪等对所得粉体进行结构、形貌表征。
2 结果与讨论2.1 纳米TiO2的晶型分析在160℃下反应6h所得二氧化钛粉体的XRD 的分析结果如图1所示。
图2和图3分别是反应时间6h时不同温度及反应温度为160℃时不同反应时间下的XRD图。
从图中可以看出,不同条件下所制得粉体的所有衍射峰都能为锐钛矿相二氧化钛所指标化,且衍射峰峰型尖锐,表明所得粉体为结晶完整的锐钛矿型二氧化钛。
水热法制备二氧化钛纳米材料
图 ４ 是以钛酸四正丁酯为原料所制备样品的 ＴＥＭ 照片， 由图 ４ 可见， 纳米颗粒的粒度分布大都处在 ８￣ ２０ ｎｍ 范围之内， 无团聚， 平均粒径为 １０ ｎｍ， 这也与前面谢乐公式计算得出的粒径大小基本一致。
２．３ 机理讨论 根据前面样品的 ＸＲＤ 结果可以发现： 以无水 ＴｉＣｌ４
为原料制备出的纳米晶是锐钛矿相的， 而用钛酸四正 丁酯制备的纳米晶是金红石相的。两者的晶相有所不 同 ， 这是因为无水 ＴｉＣｌ４ 中加入水后 水 解 剧 烈 ， 已 经 直 接生成了大量的锐钛矿相 ＴｉＯ２。而钛酸四正丁酯中加 入水后 ， 水解速度较慢， 首先生成锐钛 矿 相 ＴｉＯ２， 而 生 成的锐钛矿相 ＴｉＯ２ 颗粒较小， 故其反应的活性较大。在 水热反应过程中， 如果保温时间足够长， 就有可能由锐 钛矿相完全转变为金红石相。采用本方法制备出的金 红石相的 ＴｉＯ２ 纳米晶相的过程更简单、反应温度更低。
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ ２００７
安徽工业大学学报 Ｊ．ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
文章编号： １６７１－ ７８７２（ ２００７） ０２－ ０１４０－ ０３
水热法制备二氧化钛纳米材料
第 ２４ 卷 第 ２ 期 ２００７ 年 ４ 月
夏金德 （ 安徽工业大学 数理学院， 安徽 马鞍山 ２４３００２）
参考文献： ［１］ 徐 兆 瑜． 纳 米 ＴｉＯ２ 的 新 功 能 及 其 应 用 进 展［Ｊ］．化 工 技 术 与 开
发， ２００３， ６（３２）： ２７－ ３２． ［２］ 霍 子 春．我 国 钛 白 粉 现 状 和 发 展 建 议［Ｊ］．精 细 与 专 用 化 学 品 ，
２０００， ８（１３）： ３－ ５． ［３］ 王 莹 ， 叶 亮 ， 周 新 华．钛 白 粉 在 涂 料 中 的 应 用 和 发 展 趋 势［Ｊ］．精
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。
制备二氧化钛的方法
制备二氧化钛的方法二氧化钛是一种常见的无机化合物，具有广泛的应用领域，如光催化、电化学能量存储、太阳能电池等。
下面将介绍几种常见的制备二氧化钛的方法。
1. 水热法水热法是一种常用的制备二氧化钛纳米颗粒的方法。
首先，在适量的水溶液中加入一定量的钛源溶液，如钛酸四丁酯或钛酸乙酯。
然后，在一定的温度和压力条件下，用水热的方式来催化反应。
在水热过程中，钛源溶液中的钛离子会和主要来源于水中的氧离子反应，生成二氧化钛颗粒。
通过控制反应条件，如温度和时间，可以调控二氧化钛颗粒的形貌和尺寸。
2. 水热法结合模板法这种方法是将模板剂（如有机物或无机物）引入到水热法中，通过模板引导的方式来控制二氧化钛颗粒的形貌和结构。
一种常见的方法是将正硅酸乙酯（TEOS）作为模板剂加入到钛源溶液中，然后进行水热反应。
在反应过程中，TEOS会在水热环境中水解，形成为纳米级的硅凝胶。
接着，钛源溶液中的钛离子与产生的硅凝胶发生反应，生成二氧化钛-硅复合物。
最后，通过高温煅烧去除模板剂和硅凝胶，得到纳米级的二氧化钛颗粒。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备二氧化钛薄膜和多孔薄膜的方法。
首先，将钛源溶解在适当的溶剂中，形成溶胶。
然后，在适当的条件下，如酸碱调节和加热，溶胶会缓慢地凝胶化，形成凝胶体。
接着，将凝胶体进行干燥或煅烧处理，使其转变为二氧化钛薄膜。
通过控制不同的参数，如溶胶浓度、酸碱性和煅烧温度，可以调控制备的二氧化钛薄膜的特性，如孔径大小和表面形貌。
4. 水热氧化法水热氧化法是一种以水和氧为反应物的方法来制备二氧化钛。
首先，将钛源溶解在水中，形成钛酸溶液。
然后，将该溶液置于高温高压的水热反应器中，进行水热氧化反应。
在反应过程中，钛酸溶液中的钛离子会与水中的氧反应，生成二氧化钛。
这种方法相比于传统的煅烧法，具有低温、快速和环境友好的优点。
总结起来，制备二氧化钛的方法有水热法、水热法结合模板法、溶胶-凝胶法和水热氧化法等。
不同粒径二氧化钛的制备与表征
不同粒径二氧化钛的制备与表征二氧化钛（TiO2）是目前应用最广泛的半导体材料之一，其用途包括太阳能电池、光催化、生物医药、杀菌和防腐等领域。
但是，TiO2在实际应用中受到许多限制，例如低光吸收率、表面活性不足等。
为了克服这些限制，研究者们尝试从粒径控制入手，制备不同粒径的TiO2。
本文将介绍不同粒径TiO2的制备与表征。
一、制备方法1. 水热法水热法是制备TiO2纳米颗粒的常用方法之一。
通常使用钛酸丁酯作为前驱体，在高温高压的条件下进行水解、凝胶化和热处理等步骤，最终制备出不同粒径的TiO2颗粒。
水热法制备的TiO2颗粒具有高比表面积、少量缺陷和高结晶度等优点。
2. 气相沉积法气相沉积法是另一种制备TiO2纳米颗粒的方法。
该方法利用化学反应在气相中形成TiO2纳米晶体，然后将其沉积在基底上。
气相沉积法制备的TiO2颗粒具有细小的尺寸、高比表面积和优异的光学性质等特点。
3. 水热-微波辅助法水热-微波辅助法是利用水热法和微波辐射相结合制备TiO2纳米颗粒的新型方法。
该方法使用了微波的频率和功率对加热和水解过程进行控制，大大缩短了反应时间。
此外，微波加热还可以促进前驱体的均匀分散，并使得制备的TiO2颗粒具有更窄的粒径分布。
二、表征方法对于不同粒径的TiO2，需要使用不同的表征方法来确定其物理、化学和光学性质。
以下是一些常用的表征方法：1. X射线衍射（XRD）XRD是一种常用的技术，可用于确定TiO2晶体的晶型、晶格常数和结晶度等。
TiO2的两种常见晶型为锐钛矿型和金红石型，可以通过XRD方法进行检测。
2. 透射电子显微镜（TEM）TEM是一种高分辨率和高放大倍数的技术，可以用于粒子尺寸、形状和分布的直接观察。
因此，TEM广泛用于TiO2粒子的形貌和大小的确认。
3. 紫外-可见光谱（UV-Vis）UV-Vis光谱是一种用于表征材料光学性质的检测方法，可用于检测TiO2的吸收光谱。
TiO2的能带结构可以通过光吸收谱来确定，这对于理解其物理性质和光催化过程是至关重要的。
水热法制备纳米二氧化钛微球及其光催化性能
四、结论
本次演示采用水热法制备了纳米二氧化钛微球，并对其光催化性能进行了研究。 实验结果表明，该二氧化钛微球具有良好的光催化性能，可应用于环境保护和 能源利用等领域。通过进一步优化制备工艺和性能测试条件，可以获得更加优 异的光催化性能和广泛应用前景。
五、致谢
感谢实验室老师们的指导和支持；感谢实验室同学们的帮助和配合；感谢其他 同学们在论文写作过程中的支持与鼓励；最后感谢评审专家们对本论文的批评 指正！
水热法是一种常用的制备纳米材料的方法，可以在相对较低的温度和压力下制 备出高质量的纳米材料。本次演示采用水热法制备纳米二氧化钛微球，并通过 光催化技术对其性能进行研究。
二、实验方法
Байду номын сангаас
1、材料与试剂
本实验所用的材料和试剂包括钛酸四丁酯、无水乙醇、去离子水、氨水等。
2、制备二氧化钛微球
将一定量的钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，加入去离子水，搅拌混合均匀后，移 入高压反应釜中，在150℃下进行水热反应。反应完成后，将产物用去离子水 和无水乙醇洗涤数次，烘干后得到二氧化钛微球。
Keywords: TiO2 microsphere, hydrothermal method, photocatalytic performance
一、引言
纳米二氧化钛是一种重要的光催化剂，具有优异的光催化性能。在光催化反应 中，二氧化钛可以吸收紫外光，激发电子-空穴对，从而产生羟基自由基和氧 自由基等活性物质，具有降解有机污染物、抗菌消毒等作用。因此，二氧化钛 在环境保护、能源利用等领域具有广泛的应用前景。为了提高二氧化钛的光催 化性能，需要对其形貌和结构进行精确调控。
通过改变反应温度、反应时间、溶液pH等条件，调控纳米TiO2的形貌。
纳米二氧化钛的水热法制备及其应用研究进展
4、干燥：将分离后的产物进行 干燥处理，以便后续应用。
4、干燥：将分离后的产物进行干燥处理，以便后续应用。
为了表征纳米二氧化钛的结构和性质，常采用X射线衍射（XRD）、傅里叶变 换红外光谱（FTIR）等方法进行测试。XRD可以确定纳米二氧化钛的晶体结构和 相组成，而FTIR则可以了解其分子结构和化学基团。
研究方法
研究方法
水热法制备纳米二氧化钛的基本流程如图1所示，包括以下几个步骤： 步骤1：材料准备。根据实验需要，准备好钛酸盐、还原剂、表面活性剂等材 料。
研究方法
步骤2：溶液配制。将钛酸盐、还原剂、表面活性剂等按一定比例配制成溶液。 步骤3：实验装置。将配制好的溶液放入高压反应釜中，在一定温度和压力下 进行反应。
实验过程
4、产物的分离与表征：反应结束后，将产物进行分离，得到二氧化钛纳米晶 体。利用光学显微镜和扫描电镜对产物进行表征，观察二氧化钛纳米晶体的形貌 和尺寸。
产物分析
产物分析
通过光学显微镜和扫描电镜观察到，二氧化钛纳米晶体呈现出球形或多面体 形貌，尺寸分布均匀。在X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析中，二氧化钛纳 米晶体表现出典型的锐钛矿型晶体结构和化学键合状态。
参考内容
引言
引言
纳米二氧化钛是一种重要的无机纳米材料，具有优异的物理、化学和光学性 能，在光催化、太阳能电池、光电子器件、生物医学等领域具有广泛的应用前景。 水热法是一种常用的制备纳米材料的物理化学方法，可以在高温高压条件下促进 反应的进行，制备出具有特定形貌和性能的纳米材料。本次演示将综述水热法制 备纳米二氧化钛的研究进展，以期为相关领域的研究提供参考和借鉴。
结论
结论
本次演示综述了水热法制备纳米二氧化钛的研究进展，总结了其研究现状、 存在的问题和发展趋势。水热法作为一种有效的制备纳米材料的方法，在制备纳 米二氧化钛方面具有广阔的应用前景。未来的研究方向应包括优化制备条件、降 低成本、提高形貌和性能的可控性、探索新的表面处理方法等方面。相信随着科 学技术的不断进步和完善，水热法制备纳米二氧化钛的研究将取得更大的突破和 进展。
水热法制备纳米二氧化钛的研究进展
水热法制备纳米二氧化钛的研究进展殷婷婷;王国宏;韩德艳;徐凛;陈晨;陈泳洲【摘要】纳米二氧化钛是一种性质稳定、催化效率高、无毒、无污染的高性能光催化剂。
文章简述了水热反应的原理及其特点,介绍了影响水热反应的主要因素,综述了水热法制备纳米二氧化钛的研究新进展,并对水热法在纳米二氧化钛制备中的发展前景进行了展望。
%Nano-TiO2 photocatalyst was proved to have excellent performance due to its highly chemical stability,highly photocatalytic efficiency and no pollution to the enviroment.Mechanism and characteristics of hydrothermal synthesis were briefly introduced,and the influential factors were also reviewed.Research progress of hydrothermal method for preparation of nano-titania materials were summarized and the prospect of hydrothermal method in the future was discussed.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2012(040)005【总页数】4页(P10-12,20)【关键词】纳米;二氧化钛;水热法;研究进展【作者】殷婷婷;王国宏;韩德艳;徐凛;陈晨;陈泳洲【作者单位】湖北师范学院化学与环境工程学院,湖北黄石435002;湖北师范学院化学与环境工程学院,湖北黄石435002;湖北师范学院化学与环境工程学院,湖北黄石435002;湖北师范学院化学与环境工程学院,湖北黄石435002;湖北师范学院化学与环境工程学院,湖北黄石435002;湖北师范学院化学与环境工程学院,湖北黄石435002【正文语种】中文【中图分类】TQ134纳米二氧化钛作为一种具有广阔应用前景的半导体光催化材料，因其稳定的化学性质、优良的光电性能、高效的光催化活性、温和的反应条件、无二次污染的反应过程、安全无毒、低廉的成本，在当今科学界备受追捧，并被广泛应用于有机污染物的光降解［1－2］、空气净化［3］、光电转换［4］、能源开发［5］等各个领域。
纳米二氧化钛的制备
纳米二氧化钛的制备随着纳米技术的不断发展，纳米材料已经成为了当今世界上研究的热点之一。
其中，纳米二氧化钛是一种应用广泛的纳米材料，它具有优异的光电性能、化学稳定性和生物相容性等特点，被广泛应用于催化、光催化、光电子、生物医学等领域。
本文将介绍纳米二氧化钛的制备方法，主要包括溶胶-凝胶法、水热法、水热微波法、水热氧化法、水热碳化法和气相法等。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常见的纳米二氧化钛制备方法。
该方法的主要步骤包括：将钛酸酯或钛酸盐等钛源在酸性或碱性条件下与溶剂（如水、乙醇等）混合，形成钛溶胶；然后将钛溶胶在高温下烘干，形成凝胶；最后通过煅烧过程，得到纳米二氧化钛。
该方法制备的纳米二氧化钛具有较高的比表面积、较好的结晶度和分散性。
2. 水热法水热法是一种简单、易于操作的纳米二氧化钛制备方法。
该方法的主要步骤包括：将钛源与水或乙醇等溶剂混合，加入适量的氢氧化钠或氢氧化铵等碱性物质，形成混合溶液；然后将混合溶液在高温高压的水热条件下处理，形成纳米二氧化钛。
该方法制备的纳米二氧化钛具有较小的粒径、较高的比表面积和较好的晶体结构。
3. 水热微波法水热微波法是一种高效、快速的纳米二氧化钛制备方法。
该方法的主要步骤包括：将钛源与水或乙醇等溶剂混合，加入适量的氢氧化钠或氢氧化铵等碱性物质，形成混合溶液；然后将混合溶液置于微波反应器中，在高温高压的微波辐射下处理，形成纳米二氧化钛。
该方法制备的纳米二氧化钛具有较小的粒径、较高的比表面积和较好的晶体结构。
4. 水热氧化法水热氧化法是一种环保、低成本的纳米二氧化钛制备方法。
该方法的主要步骤包括：将钛源与水或乙醇等溶剂混合，加入适量的氢氧化钠或氢氧化铵等碱性物质，形成混合溶液；然后将混合溶液在高温高压的水热条件下处理，形成纳米二氧化钛。
该方法制备的纳米二氧化钛具有较小的粒径、较高的比表面积和较好的晶体结构。
5. 水热碳化法水热碳化法是一种具有良好可控性的纳米二氧化钛制备方法。
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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
相法[ 14] 、惰性气体原位 加压法等。由于溶 胶- 凝胶 法掺杂离子比较方便, 用这种方法制备不同晶粒尺 寸纳米 TiO2 的工作已有报道[ 15- 17] 。相比之下, 液相 法中的水热法[ 18] 具有 合成温度低、无须高温灼 烧、 易于控制晶型, 产品团聚少、污染轻、晶粒尺寸均匀、 纯度高, 所需设备简单、易操作、可控性好等优点, 但 采用这种方法控制 TiO2 晶粒尺寸的研究还不多见。 目前采用水热法制备纳米 TiO2 的原料多为钛酸酯 和 TiCl4 [ 19- 20] , 采 用硫酸 钛作前 驱体 的研究 相对 较
112 分析表征
TiO2 的物相及平 均晶粒尺寸用北 京普析通用 仪器公 司 MASL XD- 2 型 X 射线 粉末衍射 仪分析。 扫描范围 10b~ 80b, 管压 40 kV, 管流 100 mA, 步长 0102b, 扫描速度 8bPmin。依据 XRD 谱图, 确定所得 样品均为锐钛矿相 TiO2( 图 1) 。用日本 JEOL 公司 的 JEM- 200CX 透射电子显微镜(TEM) 观察样品的形 貌特征( 图 1) 。通常透射电子显微镜照相(TEM) 和 XRD 谱 线 宽 化 两种 方 法 测 定 TiO2 颗粒 的 粒 径。 TEM 为测得颗粒的粒 径, 需要测量大量颗粒 ( 一般
Abstr act Hydrothermal synthesis of anatase titania nano- powder is a widely used method in the chemical industry and the material sciences. The size of the nanomaterial is one of the significant concerns in related researches. Anatase titania with different sizes are synthesized from Ti( SO4 ) 2 by adjusting the pH value, the reaction time and the precursorps concentrations. The results indicate that the size of nano- titania has an approximately logarithmic relation with the reaction time; the influence of Ti( SO4 ) 2 concentration and pH value on the particle size is independent; the synthesis of anatase titania nano- powder with different sizes could be achieved by controlling the synthesis temperature, the precursor concentrations and the pH values. Key wor ds nano- titania; hydrothermal method; condition synthesis
1 样品制备与表征方法
111 样品制备
将一定量的 Ti( SO4) 2 ( 化学纯) 溶于二次去离子 水中制得所需浓度的溶液, 加入一ห้องสมุดไป่ตู้量的 NaOH 或 H2 SO4 调节 pH 值。将配制好的溶液移入反应釜至 釜体积的 70% , 密封后, 将水热反应釜置于烘箱中 加热反应。反应一段时间后取出, 将悬浊液高速离 心分离, 并用去离子水洗涤至中性。弃去水相, 将沉 淀在 60 e 以下真空干燥后用玛瑙研钵研细, 制得纳 米 TiO2 样品。
水热法制备不同晶粒尺寸的纳米二氧化钛
朱地 刘冉冉 李海龙 陈涛 田文宇 孙茂 黎春 刘春立
北京分子科学国家实验室, 北京大学化学与 分子工程学院, 北京 100871; 通讯作者, E- mail: liucl@ pku. edu. cn
摘要 以 Ti( SO4) 2 为前驱体,H2SO4 或 NaOH 为 pH 调节剂, 通过水热法合成了不同晶粒尺寸的锐钛矿相纳米 TiO2 , 并研 究了反应体系的 pH 值、反应时间和 Ti( SO4 ) 2 浓度对 TiO2 晶粒尺 寸的影响。结 果表明, 纳米 TiO2 的晶 粒尺寸 与反应时间近似成对数关系, Ti( SO4 ) 2 浓度与反应体系的 pH 值对纳米 TiO2 晶粒尺寸的影响有近似 线性叠加关系。 通过对 pH 值、反应温度和 Ti( SO4 ) 2 浓度的调节, 可实现 纳米 TiO2 的可控合成。 关键词 二氧化钛; 水热法; 可控合成 中图分类号 O61
因纳米二氧化钛( TiO2 ) 具备无毒、光化学性质 稳定、氧化能力强等优点, 在光催化[ 1- 3] 、抗菌及有机
污染物降解等领域备受关注, 并被广泛应用于化妆 品、精细陶瓷、涂料、污水处理、光电池等方面[ 4] 。由
于 TiO2 的晶型和粒径对其性能有重要影响, 控制反
应条件制备不同晶型和晶粒尺寸的纳米 TiO2 是当 前的一个研究热点[ 5- 7] 。TiO2 的制备方法主要有液 相法( 包括溶胶- 凝胶法[ 8] 、沉淀法[ 9] 、水热法、直接 水解法、微乳液法[ 10] 、胶溶法等) 和气 相法( 包括火 焰法[ 11] 和气相水解法[ 12] 等) 。随着纳米二氧化钛制 备技术的发展, 近年还出现了超重力法[ 13] 、超临界
反应的时间相比不能忽略时, 实验的重现性很差, 因 此合成反应的时间最好大于 4 h。 21112 酸度对 TiO2 晶粒尺寸的影响
在高温下, 大部分 Ti( SO4 ) 2 很快水解生成细小
的 TiO2 , 反应方程式为 Ti ( SO4 ) 2 + 2H2 O TiO2 + 2H+ + 2HSO-4 。在 实验 中, 在 所 有 条件 下 pH << pK( HSO-4 ) , 因此 HSO-4 的电离可以忽略。基于以上
少。由于硫酸钛是固体, 吸水性弱于液态钛盐, 在实 验操作上更加简便易行, 在工业上也有广泛的应用
国家自然科学基金( 104901802, 20471005, 10775008) , 高等学校博士学科点 专项科研基金 ( 20060001032) , 国防科 工委军工 遗留专项 基金( 科 工计[ 2007] 840) 和国家大学生创新训练计划资助
收稿日期: 2009- 06- 29; 修回日期: 2009- 08- 25
1
北京大学学报(自然科学版) 网络版(预印本)
2009 年 第 4 期
前景。本研究以硫酸钛( Ti ( SO4) 2 ) 为前驱体, 详细 考察了水热合成的反应时间、硫酸钛起始浓度、溶液 pH 和反应 温度 等对所 制备的 TiO2 晶粒尺 寸的影 响, 旨 在可控合成具 有不同晶粒尺 寸的 TiO2 纳米 颗粒。
考虑, 计算调节 pH 所需的浓硫酸的量。为便于讨 论, 我 们 使 用 / 对 应 起 始 浓 度 ( corresponding initial concentration) 0概念( 记为 c对应 (Ti( SO4 ) 2 ) ) 。对应起
始浓度定义为在不额外加入酸碱的条件下, 为使体 系具有相同 pH 值所需的 Ti( SO4 ) 2 浓度。如, 加酸 使体系的 H+ 浓 度增 加 1 molPL, 则 相当 于对 应 Ti ( SO4) 2 的起始浓度增加 015 molPL。图 2( b) 为晶粒 尺寸与对应起始浓度的关系。图 2( b) 表明, 在较大 的范围内, 对应起始浓度与 TiO2 晶粒尺寸呈线性关 系。因此用水热法制备纳米 TiO2 时可通过控制 pH
21111 反应时间与 TiO2 晶粒尺寸的关系 图 2( a) 为 Ti ( SO4) 2 的起始 浓度为 0150 molPL
( pH U0115) 时获得的TiO2 晶粒尺寸 D 与反应时间t 的关系。图中各点均为 3 次实验平 均值。图 2( a) 表明, TiO2 的晶粒 尺寸随反应时 间近似对数增 长, 增长的幅度随反应时间的增加而减小。这可能主要 是因为反应初期溶液过饱和, 形成大量晶核, 生长基 元在晶核表面吸附运动, 在某一适当位置结晶并长 入晶相。随晶粒晶化时间的增加, 晶形渐变规则, 并 伴有生长基元从晶相脱附而使小晶粒不断转化为大 晶粒, 使平均晶粒尺寸增加[ 21] 。晶粒尺寸变大后表 面的缺陷变少, 反应活性降低, 因此晶粒增大的速度 减缓。当反应时间大于 12 h 后, TiO2 晶粒尺寸的变 化幅度( 约 4% ) 小于 XRD 法测晶粒尺寸的相对误差 ( 约 5% ) , 因此反应 12 h 后纳米颗粒晶粒尺寸无明 显变化, 其晶粒尺寸大小为 24 nm。需要指出的是, 较短 的 反 应 时 间 难 以 合 成 稳 定 的 晶 粒 尺 寸 较小的TiO2, 原因在于当加热和冷却的时间与恒温