檸檬酸鈉輔助的高性能TiO2的合成機理及形貌控制研究.pdf

1、在20世紀早期，商用的TiO2材料就已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造顏料、防曬霜、油漆、藥膏和牙膏等產(chǎn)品。隨著所研究材料的尺寸逐漸減小至納米級別，材料本身能夠得到新的物理及化學(xué)特性，其各種性質(zhì)也隨著納米材料的形狀的改變而改變。在TiO2納米材料眾多的性質(zhì)當(dāng)中，介電限域效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及小尺寸效應(yīng)都受到納米材料尺寸的影響。隨著材料粒徑的減小，材料的比表面迅速的增大。小尺寸帶來的高比表面積能夠給用TiO2作為直接或間接反應(yīng)媒介的設(shè)備帶來性能上的提升，很

2、多反應(yīng)都發(fā)生在材料表面且與材料表面的性質(zhì)息息相關(guān)。
　　 本文主要使用檸檬酸鈉作為助劑來合成高性能TiO2納米材料，并通過紫外光譜、紅外光譜、核磁共振、動態(tài)粒徑分布、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡及X射線衍射儀等分析測試手段來了解TiO2合成過程中的水解縮合、成核結(jié)晶及晶體生長的機理，從而探索檸檬酸鈉對TiO2的各方面性質(zhì)的影響。主要工作包括以下幾個方面：
　　 (1)檸檬酸鈉對TiCl4溶膠體系的影響。檸檬酸鈉能夠迅速

3、地參與到水解反應(yīng)中，并且與水解產(chǎn)物反應(yīng)后形成穩(wěn)定的配合體。根據(jù)所加檸檬酸鈉的量的不同，體系中配合體的存在形式及穩(wěn)定性等都會發(fā)生一定的變化。檸檬酸鈉與鈦水解產(chǎn)物的結(jié)合能夠直接影響到水解后縮合反應(yīng)的反應(yīng)歷程，從而對TiO2的結(jié)晶過程產(chǎn)生影響，使TiO2晶體傾向于生長成銳鈦礦型結(jié)構(gòu)。
　　 (2)檸檬酸鈉對TiO2形貌及晶體結(jié)構(gòu)的影響。檸檬酸鈉在溶膠體系中的含量能夠直接影響到產(chǎn)物TiO2的粒徑及晶型，并且能夠通過調(diào)節(jié)檸檬酸鈉的含量來獲

4、得不同粒徑分布及晶體結(jié)構(gòu)的TiO2晶體。鹵素在含有檸檬酸鈉的溶膠體系中也能夠起到輔助作用，來幫助控制產(chǎn)物的晶型和形貌。
　　 (3)檸檬酸鈉對TiO2的光催化性能的影響。少量的檸檬酸鈉能夠使得產(chǎn)物TiO2為銳鈦礦型和金紅石型混合的晶體，從而使TiO2光催化性能得到很大的提升，而過量的檸檬酸鈉則使得晶體表面缺少晶體缺陷，減少了TiO2晶體表面的電子-空穴對的產(chǎn)量，使其性能有所降低。檸檬酸鈉輔助制備的TiO2具有極好的水溶性，能較好