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《华东理工大学》 2011年
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特殊形貌TiO_2/钛酸盐纳米材料的合成与生成机理

赵斌  
【摘要】:具有特定晶型和特殊形貌的TiO2和钛酸盐纳米材料,在光学、电学、磁学、生物学、催化化学和环境科学等领域都有着非常诱人的研究价值和应用前景。TiO2/钛酸盐纳米材料的机械力学、光电、磁力和催化等等物理或化学性能取决于材料本身的晶型、晶粒尺寸、形貌和表面态等因素。因此,有效而精确地控制TiO2/钛酸盐纳米材料的晶相组成、晶粒尺寸和形貌演变,从而实现TiO2/钛酸盐纳米材料的各种功能,拓宽材料的应用领域,对纳米材料科学的发展有着十分重要的意义。并且,更为深入地研究TiO2/钛酸(盐)纳米材料的晶体生长与形貌演变机理,有利于更好地指导纳米材料晶型与形貌的可控合成。本论文主要对弱碱水热技术进行了尝试,制备不同晶型和形貌迥异的TiO2/钛酸盐纳米材料,并且通过调控水热温度和体系中强电解质(NaCl)的浓度,调控TiO2/钛酸(盐)纳米材料晶型转变与形貌演变。另外,本次工作完善了浓碱水热法、近环境条件法制备TiO2/钛酸(盐)纳米材料的相关实验工作。我们对上述所有制备体系下TiO2/钛酸(盐)纳米材料的晶体生长过程和生长机理进行了深入细致的研究。论文的主要内容包括: 1.尝试在弱碱水热体系下制备TiO2/钛酸(盐)纳米材料,研究晶型转变与形貌演变规律和机理。 第一,提出弱碱水热制备体系。该体系采用的钛源为钛酸正丁酯等液相钛源,反应液为氨水等弱碱性溶液。水热处理过程中,铵根离子对水热体系中的离子强度起到了原位调节的作用。在100-140℃的水热温度下,基于大量铵根离子(NH4+)的辅助插层作用,从而制备得到了二钛钛酸H2Ti205·H20纳米片。第二,在氨水水热体系下,采用NaCl来调节体系中强电解质离子的浓度,研究TiO2/钛酸(盐)的晶相转变规律。在氨水水热前期首先生成层状的钛酸(盐)结构,钛酸的层状结构依靠铵根离子(NH4+)和不同浓度钠离子(Na+)来维持。在0.25M的NaCl浓度下得到了纯板钛矿Ti02纳米花。该然后通过调控强体系中NaCl的浓度,分别得到了锐钛矿、板钛矿或钛酸H2Ti2O5·H2O等不同的水热产物。我们基于奥斯特瓦尔德步进规则,对板钛矿纳米花的生成机理进行了深入地探索。第三,对氨水水热体系中NaCl的浓度和水热温度这两大实验参数进行共同调控,系统地研究氨水水热体系下TiO2/钛酸(盐)纳米材料进行晶相转变与形貌演变。在不同的实验条件下,制备得到了蓬松状的无定形钛物种纳米球、蓬松的絮状钛酸纳米片、尺寸不同的锐钛矿纳米颗粒、锐钛矿纳米晶粒/板钛矿纳米花混合相、纯板钛矿纳米花、板钛矿纳米花/钛酸纳米片混合相、规整的板状钛酸纳米片等产物。最终,我们系统性地绘制了上述产物的晶相与形貌分布图。产物的晶相与形貌由水热温度和NaCl浓度两大实验参数所决定。在紫外光下降解甲基橙、苯酚、水杨酸的实验中,板钛矿与锐钛矿的复合产物显示出最佳的光催化活性。 2.浓碱水热体系下Ti02/钛酸(盐)纳米材料的制备与生长机理的研究 第一,在10 M NaOH的浓碱水热体系下,制备钛酸钠纳米片、纳米管和纳米线,并研究水热温度、水热时间对产物晶型与形貌的影响。在较低的水热温度下(120-140℃)产物为钛酸钠Na2Ti2O5·H2O纳米片,通过酸交换处理后形成了钛酸H2Ti2O5·H2O纳米管形貌。400℃焙烧之后转变为锐钛矿Ti02纳米晶粒。在更高的水热温度下(150-180℃)产物为高级钛酸盐Na2TixO2x+1·yH2O(x≥3)纳米线,通过酸交换处理后形成了疏松态的钛酸H2Tix02x+1·yH20(x≥3)纳米线,400℃焙烧之后转变为TiO2-B纳米线。水热温度为150℃的条件下,随着水热时间的延长,产物由钛酸钠Na2Ti205-H20转变为高级钛酸盐Na2TixO2x+1-yH2O(x≥3).第二,研究酸交换后的高级钛酸H2TixO2x+1-yH2O(x≥3)在焙烧处理过程中的晶型转变与形貌演变规律。在400℃的焙烧温度下得到了具有纳米级坑洼及空腔形貌的Ti02-B纳米线。并且以定向附着生长机理为依据,研究了这种特殊晶相与形貌的生成过程。在600℃的焙烧温度下得到了Ti02-B和锐钛矿的孪晶纳米线。最终,在800℃焙烧温度下坑洼形貌完全融合,得到了完整晶格结构的锐钛矿纳米棒。第三,在10M KOH的浓碱水热体系下,我们制备得到了形貌一致且单分散的钛酸钾K2Ti8O17纳米线。然后在二次水热过程中,考察水热时间和温度对产物晶型转变和形貌演变的影响,研究了钛酸钾纳米线向锐钛矿TiO2的转晶过程。 3.近环境条件下钛酸钾纳米线的制备与生长机理研究。 以高浓度KOH溶液为反应液,以P25型TiO2为反应物,在近环境条件下制备钛酸钾K2Ti8O17纳米线材料。依照我们的实验结果,并遵照奥斯特瓦尔德熟化机理,我们认为锐钛矿纳米晶粒首先发生溶解并生成钛酸钾纳米线。但是,刚开始生成的的钛酸钾纳米线趋于无定形态,在晶型结构上并不是长程有序的。随着锐钛矿纳米晶粒的进一步溶解,钛酸钾纳米线的结晶度和产率逐步增加。当锐钛矿纳米晶粒几乎溶解殆尽的情况下,在XRD谱图上显示出清晰的钛酸钾衍射峰。而金红石由于是较为稳定的晶型,在本次实验中几乎没有发生变化。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 周亚新;刘畅;何明;杨祝红;冯新;陆小华;;钛酸钾晶须耐碱多孔陶瓷的制备及表征(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2007年05期
【共引文献】
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1 田维;张洪林;蒋林时;;纳米TiO_2光催化材料的制备及研究进展[J];四川有色金属;2006年04期
2 刘长春;;光催化氧化技术在造纸废水处理中的应用[J];安徽化工;2010年02期
3 陈欢欢;柏连阳;;TiO_2光催化降解农药研究进展[J];安徽农业科学;2010年12期
4 陆科呈;王亚军;冯长根;;光催化降解炸药废水研究进展[J];安全与环境学报;2010年06期
5 王骞;;TiO_2光催化纳米材料在环境保护中的应用[J];鞍山师范学院学报;2011年06期
6 刘庆禄;林波;;纳米材料与技术在废水处理中的应用及前景[J];环境科学与管理;2007年11期
7 陈超;余阳;薛罡;周美华;;静电纺丝制备TiO_2/PAN纳米纤维毡及其性能研究[J];环境科学与管理;2009年02期
8 施宝昌,沈维榕,王勤娜;光催化氧化处理苯酚废水[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年06期
9 孔令红,熊予莹;纳米TiO_2生态陶瓷的研究进展[J];山东陶瓷;2003年06期
10 姜丽娜;刘金华;孟德营;;二氧化钛光催化技术的应用[J];山东陶瓷;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 滕伟;李新勇;肇启东;熊巍;陈国华;;光催化剂Ag_3PO_4/Ag的合成及其在染料废水处理中的应用[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
2 黄悦;周忠华;吴玉萍;孟彦超;;深度净化水处理应用领域的TiO_2光催化材料的现状和问题[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
3 吴玉程;;纳米TiO_2在水污染检测与治理中应用的研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
4 秦祖赠;刘自力;杨克迪;文衍宣;;含铟、铋可见光催化剂的研究进展[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
5 付杰;郭学平;王凤山;;超声对生物大分子的生物效应及其在透明质酸降解中的应用[A];2007年全国生化与生物技术药物学术年会论文集[C];2007年
6 潘湛昌;张环华;肖楚民;林治顺;彭康华;魏志钢;;Pt(Ⅳ)掺杂TiO_2能级计算及光电催化降解酸性红B[A];2008年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2008年
7 王惟峰;汪辉;赵谦;黄欣;;玻纤制品的光催化技术研究[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
8 郝锋;彭鹏;张兴旺;丁浩;;TiO_2光催化自洁玻璃的研究现状及应用前景[A];2006中国非金属矿工业大会暨第九届全国非金属矿加工应用技术交流会论文专辑[C];2006年
9 杨国兴;王立娟;张丽洋;赵增辉;任鹤;马丽;高宇新;;现代污水处理方法与技术研究进展[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(下)[C];2009年
10 陈建秋;王铎;高从堦;;光催化降解染料中氮素的变化分析[A];中国化学会第八届水处理化学大会暨学术研讨会论文集[C];2006年
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2 夏明霞;高结晶度一维纳米二氧化钛的制备和修饰及光电性质研究[D];湖南大学;2010年
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9 段芳;新型复合氧化物纳米结构的制备及其在可见光催化和吸附中的应用[D];江南大学;2011年
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10 钟珍芳;制浆造纸废水深度处理的技术研究[D];华东理工大学;2011年
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2 杨梅;尤洪鹏;黄叶菊;郑玉华;郭宁;;几种稀土磷酸盐微/纳米材料的制备及其性能表征[A];第八届博士生学术年会论文摘要集[C];2010年
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4 曹广义;金磊;王建波;;非晶SiO_x纳米材料的合成与微结构表征[A];中南地区第十六届电子显微镜学术交流会论文集[C];2007年
5 李宁;李晨;;单步水热法合成空心Fe_3O_4磁球纳米材料的探讨[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
6 车顺爱;;纳米材料在pH响应性药物释放中的应用(特邀报告)(英文)[A];生物颗粒与粉体制备、应用技术研讨会论文集[C];2010年
7 ;全国第二届纳米材料和技术应用会议[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2001年
8 ;全国第二届纳米材料和技术应用会议[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
9 周素红;姚蓓;芦庆新;陈颖;程晓松;;纳米材料的测量技术[A];纳微粉体制备与应用进展——2002年纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2002年
10 赵廷凯;柳永宁;朱杰武;;纳米材料概述[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
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1 袁封;纳米材料是涂料的好帮手[N];中国化工报;2004年
2 杭州科瀚盟公司 黄海;正确认识纳米材料在纺织上的应用[N];中国纺织报;2008年
3 记者 方彬楠 通讯员 周麦玲;纳米材料绿色打印技术产业化基地落户怀柔[N];北京商报;2010年
4 记者 冯永锋;我纳米材料领域获重要突破[N];光明日报;2000年
5 刘菊花;首批纳米材料国家标准 于4月1日起正式实施[N];中国有色金属报;2005年
6 胡爱武 傅志红;纳米材料与纳米技术[N];中国包装报;2004年
7 罗刚;神奇的纳米材料安全吗[N];健康报;2005年
8 仲科;科技部部署纳米材料研究项目[N];中国化工报;2008年
9 刘英楠;新方法捕获纳米材料详细信息[N];中国高新技术产业导报;2005年
10 记者 王大军;纳米材料有助微观诊断[N];新华每日电讯;2003年
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1 赵斌;特殊形貌TiO_2/钛酸盐纳米材料的合成与生成机理[D];华东理工大学;2011年
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5 王金兴;不同结构In_2O_3基纳米材料的合成及其气敏特性研究[D];吉林大学;2010年
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1 顾铁;高温气相火焰水解法制备纳米TiO_2技术研究[D];昆明理工大学;2006年
2 胡宾;有机物原位表面修饰TiO_2纳米材料的制备及性能研究[D];河南大学;2011年
3 丁书龙;ZnO一维纳米材料的制备[D];湘潭大学;2005年
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6 吴犇;阳极氧化法制备纳米TiO_2和ZnO[D];华南理工大学;2010年
7 刘丽;纳米材料红外吸收特性研究[D];首都师范大学;2004年
8 章定恒;水滑石前体法制备Fe掺杂ZnO纳米材料及其发光性能研究[D];北京化工大学;2010年
9 宋虎;三羰基锝标记富勒醇的制备及其生物体内行为研究[D];中国工程物理研究院;2010年
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