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水热法TiO_2纳米晶的合成与形貌控制

作　者: 张利明
导　师: 韦志仁
学　校: 河北大学
专　业: 光学
关键词: 水热法二氧化钛纳米纤维金红石锐钛矿
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文采用水热法,在180℃温度下反应24 h,填充度为68%。以水热合成的钛酸钠纳米管为前驱物,在酸性条件下合成了粒径较小的金红石相和锐钛矿相TiO2,中性和弱碱性溶液条件下合成了长叶片状锐钛矿相纳米TiO2晶体,最大长度达到2.5μm,宽度达250 nm,强碱性条件下有少量长叶片状锐钛矿相纳米TiO2晶体生成,但有较多的未反应的钛酸钠纳米管。以经过盐酸溶液浸泡的钛酸钠纳米管为前驱物,在中性及弱碱性条件下分别合成了长约50-100nm的棒状及60-110nm的长片状锐钛矿相TiO2,在强碱性条件下合成了长约300-500nm的叶片状锐钛矿相TiO2。实验结果显示钛酸钠和钛酸纳米管在水热条件的下的溶蚀速度和溶液的pH值有关,pH值越小溶蚀速度越快,晶体颗粒较小,反之溶蚀速度变慢,·晶体尺度较大。以水热法合成的钛酸钠纤维为前驱物,在强酸性条件下合成了颗粒状的金红石相和锐钛矿相的TiO2混晶,在弱酸性条件下合成了具有自组织趋势的锐钛矿相纳米TiO2晶体纤维；在强碱性条件下,合成产物的晶相基本未变,仍为钛酸钠纤维结构。以经过盐酸溶液浸泡的钛酸钠纤维为前驱物,合成了具有自组织趋势的锐钛矿相纳米TiO2晶体纤维。实验结果说明：钛酸钠和钛酸纤维的水热稳定性与溶液中的pH值有关,当溶液的pH值较小时(强酸性时),纤维的溶蚀速度较快,只能形成纳米颗粒。在适度的pH值条件下,锐钛矿相TiO2晶化速度快于纤维的溶蚀速度,使其能够依附于纤维表面结晶,形成定向生长的纳米聚晶,保持了纤维状态,可以获得准单晶纳米纤维。在强酸性溶液条件下,以TiCl4为前驱物,合成了长约50-200nm的柱状金红石相TiO2纳米晶体。同样反应条件下,在TiCl4配制的水溶液中分别加入FeCl3·6H2O和NiCl2·6H2O时,均合成了长约1-3μm的带状金红石相TiO2纳米纤维。分析认为溶液中的Fe3+和Ni2+在{101}晶面的界面作用,抑制了{110}晶面的生长速度,导致TiO2纳米晶体在[001]一维方向的生长。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章引言  10-23
  1.1 纳米材料的分类及基本特性  11-12
    1.1.1 纳米材料的分类  11
    1.1.2 纳米材料的基本特性  11-12
  1.2 纳米TiO_2的晶体结构及基本性能  12-14
  1.3 纳米TiO_2的制备方法  14-15
  1.4 纳米TiO_2的应用  15-17
    1.4.1 净化空气  15
    1.4.2 杀菌和抗菌  15-16
    1.4.3 处理污水  16
    1.4.4 在太阳能电池中的应用及工作原理  16-17
      1.4.4.1 纳米TiO_2在太阳能电池中的应用  16
      1.4.4.2 染料敏化太阳能电池的工作原理  16-17
  1.5 一维纳米TiO_2的应用  17-18
  1.6 TiO_2的制备和形貌控制的最新研究进展  18-22
  1.7 本论文的研究内容、目的及创新点  22-23
    1.7.1 研究内容与目的  22
    1.7.2 创新点  22-23
第2章本论文的实验及表征方法  23-26
  2.1 实验方法  23-24
  2.2 合成材料所用的表征方法  24-26
第3章水热处理钛酸钠和钛酸纳米管合成TiO_2  26-34
  3.1 水热处理钛酸钠纳米管合成TiO_2  26-30
    3.1.1 实验部分  26-30
      3.1.1.1 材料的制备  26
      3.1.1.2 结果与分析  26-30
  3.2 水热处理钛酸纳米管合成TiO_2  30-32
    3.2.1 实验部分  30-32
      3.2.1.1 材料的制备  30-31
      3.2.1.2 结果与分析  31-32
  3.3 本章结论  32-34
第4章水热处理钛酸钠和钛酸纤维合成TiO_2  34-42
  4.1 水热处理钛酸钠纤维合成TiO_2  34-38
    4.1.1 实验部分  34-38
      4.1.1.1 材料的制备  34
      4.1.1.2 结果与分析  34-38
  4.2 水热处理钛酸纤维合成TiO_2  38-39
    4.2.1 实验部分  38-39
      4.2.1.1 材料的制备  38
      4.2.1.2 结果与分析  38-39
  4.3 本章结论  39-42
第5章水热法合成金红石相TiO_2纤维  42-48
  5.1 在TiCl_4水溶液中添加FeCl_3·6H_2O合成金红石相TiO_2纤维  42-45
    5.1.1 实验部分  42-45
      5.1.1.1 材料的制备  42
      5.1.1.2 结果与分析  42-45
  5.2 在TiCl_4水溶液中添加NiCl_2·6H_2O合成金红石相TiO_2纤维  45-47
    5.2.1 实验部分  45-47
      5.2.1.1 材料的制备  45
      5.2.1.2 结果与分析  45-47
  5.3 本章结论  47-48
第6章结论  48-49
参考文献  49-53
致谢  53-54
攻读硕士学位期间发表的论文  54

水热法TiO_2纳米晶的合成与形貌控制

内容摘要

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