论文摘要
锐钛矿相纳米二氧化钛由于比表面积大,表面活性高,化学稳定性好等优点广泛用作光催化材料。但是在高温使用的环境中,如作为自清洁陶瓷的灭菌剂在表面固化时,高温导致颗粒出现团聚和长大,极大地降低了光催化灭菌活性。因此,高热稳定性纳米TiO2的制备及机理研究成为目前研究的热点。本论文对锐钛矿相纳米二氧化钛的制备及热稳定机制进行了研究,以TiCl4为前驱体,采用沸腾回流法和水热法制备了纳米氧化钛。利用X射线衍射（XRD）,红外光谱（IR）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、X光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）等分析手段比较了添加剂对产物晶型,形貌及热稳定性的影响,并初步分析了锐钛矿相纳米二氧化钛的形成及热稳定性机理。本论文的主要研究内容包括:第一部分,锐钛矿相纳米二氧化钛晶体的制备采用沸腾回流强迫水解法,通过向反应物中添加不同的添加剂,确定添加磷酸盐有利于高热稳定性锐钛矿相纳米二氧化钛的生成。当[Ti]/[H2PO4-]≥1:0.01M时,产物为纯锐钛矿相,小于该比例时产物为混晶。1.0MTiCl4直接水解产物中锐钛矿相含量为38%,在600oC煅烧时基本转化为金红石型。添加0.08M磷酸盐极大提高了锐钛矿相二氧化钛的相转化温度,1000oC煅烧时依然保持纯锐钛矿相的结构。第二部分,锐钛矿相纳米二氧化钛的形成机理及热稳定机制利用磷钼蓝分光光度法探讨了磷酸盐离子对反应过程中的影响作用。利用红外光谱,XPS等分析手段分析了锐钛矿相氧化钛的热稳定机制。得出的结论是:钛盐与水反应首先是形成TiO62-八面体。TiO62-八面体不同的结合方式形成不同晶型的二氧化钛。溶液中磷酸盐的存在影响了第三个八面体的排列位置。由于磷酸盐的存在形成空间位阻,使得第三个八面体以Z字形链排列从而形成锐钛矿相结构。XPS分析结果表明在煅烧过程中,磷酸盐逐渐向氧化钛表面移动,形成空间位阻,阻止了产物向金红石相转变。随着煅烧温度的提高,内部磷酸盐含量减少,产物在颗粒内部先形成金红石型二氧化钛晶核。第三部分,添加磷酸盐所得产物的光催化性能以甲基橙为模拟污染物,对产物的光催化性能进行了测试。采用磷酸盐沸腾回流强迫水解法制备出30-50nm的锐钛型TiO2,考察了反应条件对甲基橙降解率的影响。对制备粉体进行煅烧可以极大提高锐钛型TiO2的光催化活性。实验结果表明,当甲基橙溶液的初始pH为2,二氧化钛600oC煅烧2h,TiO2添加量为0.8g/L时,甲基橙的降解率在75 min时达90.87%。第四部分,水热法制备锐钛矿相纳米二氧化钛由于水解法制备的粉体需要煅烧才能得到结晶良好的产物,尝试用水热法直接制备晶型较好的氧化钛。讨论了反应温度、磷酸盐的添加量、H+离子浓度对产物结构和形貌的影响。