水热法中水解体系中络合钛离子结构的分子模拟研究

摘要

通过水热法中制备的纳米二氧化钛具有十分优越的物理、化学性能，因而可以被广泛用于油漆、塑料、化学纤维等诸多领域。随着水热法的逐渐成熟，对水热法的研究也逐渐深入。　　在水热法中，反应都是在水体系中进行的，因而本文的重点放在了对水体系中络离子结构的研究上。使用配位场理论来对水体系中的络合离子进行分析，通过对络合钛离子分子轨道的形成、电子的填充的分析，来了解整个分子的成键情况。正四价的钛离子在常温下即可水解，实验选取了60℃、80℃、100℃三个水解温度观察点，选取了200℃为晶相温度观察点。影响水解的因素则主要选取了pH值和以氯离子、硫酸根离子位代表的阴离子，溶液中钛离子的浓度分别控制在0.1mol/l、0.2mol/l、0.5mol/l、1.0mol/l。对水体系中络合反应的平衡问题。　　通过实验可以确定，溶液中的络合钛离子有多种不同的结构。随着环境的变化，钛离子的结构也在变化。在酸性环境中，随着pH值的降低，络合钛离子所带的羟基配体逐渐减少；在碱性环境中，分为两个阶段，在pH从7-12左右，络合钛离子的羟基配体数为6，继续升高，配体羟基数目则会减少。不同的络离子结构决定了产品的晶型、性能等。带羟基数目少的络离子有利于晶化成金红石型结构，带羟基数目多的络离子结构有利于晶化成锐钛矿型结构，在pH值较高的情况下形成的络离子结构有利于晶化成板钛矿型结构。溶液中的阴离子作为配体参与络离子的配位时，也会影响单核络离子连接成多核络合物。　　利用计算机来辅助分析络离子结构是本文的一大特点。通过软件的模拟，文中提出了一个新的生长基元模型，这有助于进一步了解板钛矿的结晶过程。使用软件hyperchem来模拟分子结构，可以了解络离子结构的键长、键角、电负性、分子总能量等有用的数据，这对讨论分子结构的稳定性、变化等有很大帮助。

目录

文摘

英文文摘

华南理工大学学位论文原创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1配位场理论概述

1.2配合物化学的相关理论

1.2.1三种化学键理论的发展

1.3配位场理论的理论基础

1.4配位场理论在材料研究中的应用

1.4.1说明配合物稳定性大小

1.4.2说明配合物颜色

1.4.3说明配合物磁性

1.4.6在无机化合中的运用

1.5配位场理论在水热法中的应用

1.5.1水热法简介

1.5.2配位场理论对在对络离子分析中的作用

1.5.3配位场理论在水热法制备纳米二氧化钛中的应用

1.6计算机在化学研究中的应用

1.6.1计算机在化学研究中的应用

1.6.2计算机在分子结构分析中的作用

1.6.3计算机在化学应用中的未来

1.7.1配位场理论的优缺点

1.7.2本文的研究重点和意义

第二章试样制备与表征

2.1实验用主要原料、试剂与仪器设备

2.1.1主要原材料与化学试剂

2.1.2主要仪器设备

2.2实验方案

2.2.1 TiO2纳米颗粒制备实验方案

2.2.2实验方案设计

2.3表征

2.3.1 XRD

2.3.2 TEM

2.3.3 SEM

2.4本章小结

第三章水解过程机理分析

3.1八面体络合物

3.1.1八面体络合物的结构和性质

3.2水解机理分析

3.2.1水分子的影响

3.2.2钛离子的水解

3.2.3溶液中的单个络合钛离子的络合平衡计算

3.2.4多核络合物的形成

3.2.5多核络合物的络合平衡

3.2.6三种水解产物的结构分析

3.3分子模拟计算

3.3.2计算结果

3.3.3关于分子模拟软件Hyperchem软件的说明

3.4水解过程模拟

3.4.1 PH值对络离子结构的影响原因

3.4.2大分子络合物的形成过程模拟

3.5通过实验对模拟结果进行验证

3.5.1 PH值的影响

3.5.2根据理论分析制备板钛矿

3.5.3阴离子的影响

3.5.4反应温度，升温速度，保温时间的影响

3.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的与学位内容相关的学术论文

致谢

附录：有关偏钛酸的计算结果