论文部分内容阅读
【摘 要】本实验采用“特殊液相沉淀法”，以四氯化钛、氨水为试剂，以吐温80和十二烷基苯磺酸钠为模板剂，制备了介孔纳米TiO2，并通过TEM等手段对其进行表征。实验中研究了模板剂种类、模板剂加入比例等因素对样品介孔结构的影响。在本实验条件下，制备的粉体均为介孔TiO2。在模板剂与粉体按着1：2比例混合时得到的材料的孔径最为均匀，大小一致，排列有序。
【关键词】特殊液相沉淀法;二氧化钛;模板剂;介孔材料
纳米TiO2是一种优良的半导体材料，具有价廉无毒、稳定性好、耐磨损性好、无二次污染、适用范围广、可重复回收利用、氧化能力强、使用寿命长、化学稳定性好等优点。但在现实生活中有很多局限性难以解决。直到1992年Mobile等研究人员成功合成出介孔材料之后，纳米二氧化钛被赋予了一种更加权威的面纱——介孔纳米二氧化钛。介孔材料因具有长程有序的孔道结构、一定范围孔径大小且连续可调、具有大比表面积和孔隙率以及表面易于改性等优良性质不仅解决了单纯二氧化钛的不足，超越了纳米二氧化钛，更加广泛的应用在催化、光催化、太阳能电池、传感器、和光电转换等领域，并在分离及光吸附、电、磁等领域表现出了很好的应用前景。
1.实验部分
1.1实验仪器及药品
仪器：PHICTPS--EM420型透射电镜。上海申生科技有限公司W201-S恒温浴锅;沈阳市工业电炉厂制造KSY--12型电炉。
药品：四氯化钛，分析纯，广东汕头西陇化工厂。氨水，优级纯，质量分数27%，北京化工厂。无水乙醇，优级纯，含量99.8% 北京化工厂。吐温80，分析纯，北京化工厂。十二烷基苯磺酸钠，分析纯，北京化工厂。正戊醇，分析纯，北京化工厂。去离子水，自制。
1.2实验步骤
1.2.1纳米二氧化钛粉体的制备
按计算结果准确量取一定体积的四氯化钛溶液，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL和适量的去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得A液待用;然后在室温下准确量取一定量氨水，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得B液待用;打开自制反应器，同时快速将A液、B液倒入其中，通过调节二者流量，一直保持反应液PH=9;静置反应生成的沉淀10min，然后倒入布氏漏斗中，用去离子水过滤至上层清液中无氯离子为止;将沉淀移至旋转蒸发器中，进行共沸蒸馏直至成粉末;最后放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到纳米TiO2。
1.2.2介孔纳米二氧化钛的制备
将纳米 粉体与模板剂吐温80按照质量比1：1、2：1、3：1、1：3、1：2的比例，通过电子天平量取10g TiO2粉体和所需吐温80质量。纳米 粉体研磨后与吐温80混合搅拌，过滤干燥后，放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到介孔纳米TiO2。接下来，将模板剂吐温80更换为十二烷基苯磺酸钠，将纳米粉体TiO2粉体与十二烷基苯磺酸钠同样按照质量比1：1、2：1、3：1、1：3、1：2的比例，通过电子天平量取10g粉体，通过比例计算并量取十二烷基苯磺酸钠，与纳米TiO2粉体研磨后混合搅拌，过滤干燥，放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到介孔纳米TiO2。
2.结果与分析
2.1 纳米TiO2的TEM图
图1为纳米TiO2粉体的TEM图，可以看出TiO2粉体粒子粒径分布范围都较窄且大小均匀，平均粒径为20-30nm左右，并且具有很好的分散性，虽然颗粒之间有团聚但是有明显的界限，为软团聚。
2.2 介孔TiO2的TEM图
图1 TiO2纳米粉体的TEM图
图2 介孔 TiO2的TEM图
图2为介孔纳米TiO2粉体的TEM图，可以看出粉体粒径分布范围较窄且孔道大小均匀，排列有序，并且具有很好的分散性，说明在该实验使用？°特殊液相沉淀法？±可以制备介孔纳米材料。在本实验下，模板剂与二氧化钛以1：2的比例混合下制得的介孔TiO2，其效果最佳。
3.结论
本实验首先通过“特殊液相沉淀法”制得纳米二氧化钛粉体，具有较好的分散性且粒径分布均匀;把吐温80和十二烷基苯磺酸钠为模板剂，制备出了介孔纳米TiO2，也具有很好的分散性，并且在模板剂与TiO2的比例为1：2时，效果最好，孔径最为均匀，大小一致，排列有序。
参考文献：
[1]王开明，温传庚，周英彦，等.纳米氧化铝粉体的特殊液相沉淀法制备[J]，金属功能材料，2005，12 （1）：13--15.
[2]叶云，李巧玲.介孔二氧化钛的制备与研究[J].分析仪器，2012，（6）：68-76.
[3]张小博，刘海萍.自组装复合模板法制备Fe3+掺TiO2光催化材料[J].应用化工，2012，41（11）：1951-1953.
[4]卫贤贤，张晔，赵亮富等.有机模板剂对合成纳米TiO2结构影响规律的研究[J].材料导报，2012，26（8）：50-55.
[5]Fengxian Xie，Sheng-Jye Cherng，Shunmian Lu etal.Functions of Self-Assembled Ultra fine TiO2 Nanocrystals for High Efficient Dye-Sensitized Solar Cells[J].ACS appliedmat erials & interfaces，2014，6（8）：5367-5373.
注：基金项目：国家自然科学基金资助项目（50272002、50372001）;国家科技部863计划项目（2003AA302130）;鞍山市科委资助项目，鞍山市科技计划项目20140281。
【关键词】特殊液相沉淀法;二氧化钛;模板剂;介孔材料
纳米TiO2是一种优良的半导体材料，具有价廉无毒、稳定性好、耐磨损性好、无二次污染、适用范围广、可重复回收利用、氧化能力强、使用寿命长、化学稳定性好等优点。但在现实生活中有很多局限性难以解决。直到1992年Mobile等研究人员成功合成出介孔材料之后，纳米二氧化钛被赋予了一种更加权威的面纱——介孔纳米二氧化钛。介孔材料因具有长程有序的孔道结构、一定范围孔径大小且连续可调、具有大比表面积和孔隙率以及表面易于改性等优良性质不仅解决了单纯二氧化钛的不足，超越了纳米二氧化钛，更加广泛的应用在催化、光催化、太阳能电池、传感器、和光电转换等领域，并在分离及光吸附、电、磁等领域表现出了很好的应用前景。
1.实验部分
1.1实验仪器及药品
仪器：PHICTPS--EM420型透射电镜。上海申生科技有限公司W201-S恒温浴锅;沈阳市工业电炉厂制造KSY--12型电炉。
药品：四氯化钛，分析纯，广东汕头西陇化工厂。氨水，优级纯，质量分数27%，北京化工厂。无水乙醇，优级纯，含量99.8% 北京化工厂。吐温80，分析纯，北京化工厂。十二烷基苯磺酸钠，分析纯，北京化工厂。正戊醇，分析纯，北京化工厂。去离子水，自制。
1.2实验步骤
1.2.1纳米二氧化钛粉体的制备
按计算结果准确量取一定体积的四氯化钛溶液，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL和适量的去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得A液待用;然后在室温下准确量取一定量氨水，倒入500mL容量瓶中，加乙醇100mL去离子水定容后放置电磁搅拌器上搅拌10min，制得B液待用;打开自制反应器，同时快速将A液、B液倒入其中，通过调节二者流量，一直保持反应液PH=9;静置反应生成的沉淀10min，然后倒入布氏漏斗中，用去离子水过滤至上层清液中无氯离子为止;将沉淀移至旋转蒸发器中，进行共沸蒸馏直至成粉末;最后放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到纳米TiO2。
1.2.2介孔纳米二氧化钛的制备
将纳米 粉体与模板剂吐温80按照质量比1：1、2：1、3：1、1：3、1：2的比例，通过电子天平量取10g TiO2粉体和所需吐温80质量。纳米 粉体研磨后与吐温80混合搅拌，过滤干燥后，放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到介孔纳米TiO2。接下来，将模板剂吐温80更换为十二烷基苯磺酸钠，将纳米粉体TiO2粉体与十二烷基苯磺酸钠同样按照质量比1：1、2：1、3：1、1：3、1：2的比例，通过电子天平量取10g粉体，通过比例计算并量取十二烷基苯磺酸钠，与纳米TiO2粉体研磨后混合搅拌，过滤干燥，放入马弗炉中在600℃的温度下焙烧30min，得到介孔纳米TiO2。
2.结果与分析
2.1 纳米TiO2的TEM图
图1为纳米TiO2粉体的TEM图，可以看出TiO2粉体粒子粒径分布范围都较窄且大小均匀，平均粒径为20-30nm左右，并且具有很好的分散性，虽然颗粒之间有团聚但是有明显的界限，为软团聚。
2.2 介孔TiO2的TEM图
图1 TiO2纳米粉体的TEM图
图2 介孔 TiO2的TEM图
图2为介孔纳米TiO2粉体的TEM图，可以看出粉体粒径分布范围较窄且孔道大小均匀，排列有序，并且具有很好的分散性，说明在该实验使用？°特殊液相沉淀法？±可以制备介孔纳米材料。在本实验下，模板剂与二氧化钛以1：2的比例混合下制得的介孔TiO2，其效果最佳。
3.结论
本实验首先通过“特殊液相沉淀法”制得纳米二氧化钛粉体，具有较好的分散性且粒径分布均匀;把吐温80和十二烷基苯磺酸钠为模板剂，制备出了介孔纳米TiO2，也具有很好的分散性，并且在模板剂与TiO2的比例为1：2时，效果最好，孔径最为均匀，大小一致，排列有序。
参考文献：
[1]王开明，温传庚，周英彦，等.纳米氧化铝粉体的特殊液相沉淀法制备[J]，金属功能材料，2005，12 （1）：13--15.
[2]叶云，李巧玲.介孔二氧化钛的制备与研究[J].分析仪器，2012，（6）：68-76.
[3]张小博，刘海萍.自组装复合模板法制备Fe3+掺TiO2光催化材料[J].应用化工，2012，41（11）：1951-1953.
[4]卫贤贤，张晔，赵亮富等.有机模板剂对合成纳米TiO2结构影响规律的研究[J].材料导报，2012，26（8）：50-55.
[5]Fengxian Xie，Sheng-Jye Cherng，Shunmian Lu etal.Functions of Self-Assembled Ultra fine TiO2 Nanocrystals for High Efficient Dye-Sensitized Solar Cells[J].ACS appliedmat erials & interfaces，2014，6（8）：5367-5373.
注：基金项目：国家自然科学基金资助项目（50272002、50372001）;国家科技部863计划项目（2003AA302130）;鞍山市科委资助项目，鞍山市科技计划项目20140281。