溶胶-凝胶制备纳米TiO2及晶型转变的研究.pdf

第 34卷 第 2期 河 南 科 技 大 学 学 报 ：自然 科 学 版 Vo1．34 NO．2 2013年 4月 JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScience Apr． 2013 文章编号：1672—6871(2013)02—0005—03 溶胶 一凝胶制备纳米 TiO2及晶型转变的研究 尤玉飞 ，徐春花 ，王俊鹏 ，王镜酷，张军涛 (河南科技大学 材料科学与工程 学院，河南 洛阳471023) 摘要：用溶胶一凝胶法制备纳米 TiO 粉体。研究了在 400～700℃热处理对纳米粉体尺寸及晶体结构转变的 影响。用X射线衍射仪和透射 电子显微镜分别对制备产物的物相、形貌进行表征和分析。用 Spurr—Myers方 法对制备产物中不同相的相对质量含量进行分析。研究结果表明：随热处理温度升高，粉体 由锐钛矿相向金 红石相转变 ，晶粒尺寸从 10Bin增大到 60nm。 关键词：溶胶 一凝胶法 ；纳米 TiO 粉体；相变 ；温度 中图分类号 ：TB383 文献标志码 ：A 0 引言 纳米 TiO 无毒 、无味、不分解 、不变质 、吸收紫外线能力强、能够 随意着色，在防晒霜、粉底霜、口红 等化妆品中得到广泛应用，并且具有独特的半导体、光敏、气敏、光催化特性，在染料敏化太阳能电池 (DSSC)、光催化剂 、气体传感器 、湿度传感器、自净陶瓷二氧化钛 、抗菌 自洁玻璃等方面有着巨大 的应 用前景 ¨I4。目前，制备纳米 TiO：的方法有沉淀法、气相法、固相法、水热法、溶胶凝胶法、盐水解法 等 。其中，sol—Gel法制备纳米 TiO：粉体具有合成温度低 、纯度高、均匀性好 、化学成分准确 、工艺和 设备简单等优点，因而被广泛采用 。尽管对溶胶 一凝胶制备纳米 TiO 报道很多，但热处理温度变化对 锐钛矿和金红石相的相对质量含量的影响，特别是锐钛矿 向金红石相转变时晶面取 向变化 的报道极为 有限。 本文用溶胶凝 一胶法在不同温度进行热处理来制备 TiO 纳米粉。用谢乐公式 计算晶粒大小 ，用 Spurr和 Myers的定量公式计算锐钛矿相和金红石相的相对质量分数 ，用透射 电子显微镜 (TEM)分析 了锐钛矿向金红石相转变时的晶面取 向变化。 1 试验过程 试验材料为钛酸丁酯 ，无水乙醇 ，盐酸，pH试纸 ，蒸馏水 ，试剂皆为化学纯。将 10mL钛酸丁酯和 20mL无水 乙醇在室温下混合 ，配制成溶液 A，然后将 20mL无水乙醇 、1mL去离子水和0．2mL盐酸 (控制其 pH为 3．5)混合配制溶液 B。在磁力搅拌器 (78HW-1)搅拌作用下，将上述溶液 B逐滴加到溶 液 A中，得到淡黄色透明的溶胶 c，并在室温下用磁力搅拌器 (78HW．1)搅拌 3h，进行水解综合反应 。 钛酸丁酯的水解反应 (1)和缩聚反应 (2)以及总反应 (3)如下 ： Ti(OR)4+4H2O—Ti(OH)4+4ROH； (1) Ti(OH)+Ti(OR)4—2Ti0：+4ROH； (2) 2Ti(OH)4—2Ti0 +4H20。 (3) 将溶胶放在室温下直至其凝胶 ，然后将凝胶在 100℃‘温度对其进行干燥处理 1h，得到干凝胶。将 干凝胶 自然冷却 ，然后研磨 ，研磨后 的粉末分别在 400℃、500℃、600oC、700℃下，在管式炉 (SX2-4． 10)中进行 1h的热处理 ，然后 自然冷却即得到所需试样 。 用 x射线衍射仪 (型号 D8，CuK射线 ，A=0．15418nn1)，分别对400℃、500℃、600oC、700℃热处理 基金项 目：国家 自然科学基金／香港合作基金项 目(10831165504)；河南省教育厅 自然科学基础研究计划基金项 目(2010A430006)