溶胶-凝胶制备Ag、V掺杂TiO2纳米晶粉体及研究

摘要

纳米TiO2所具有的独特半导体、气敏、光敏、光催化等诸多优良性能使其在光催化剂、传感器、染料敏化太阳能电池、自净陶瓷、抗菌自洁玻璃等方面得到广泛的应用。近年来，人们开始关注制备各种掺杂的纳米 TiO2以改善其性能，从而使其得到更广泛的应用。
　　本文首先研究用溶胶-凝胶法制备TiO2纳米晶粉体，并在此基础上研究了V离子掺杂和 Ag离子掺杂的 TiO2纳米晶粉体的制备工艺。用 X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、差热-热重分析仪（DSC-TGA）和光致发光分析仪对各种TiO2纳米晶粉体的晶体结构、晶粒尺寸、晶体转变过程和光致发光性能进行了分析。通过用谢乐公式、Spurr-Myers方法计算不同工艺得到TiO2纳米晶粉体的晶粒大小、TiO2同素异构晶体的相对质量含量。用晶体生长动力学方程对 TiO2纳米晶粒生长激活能进行计算，并对 TiO2纳米晶粒形成进行讨论。结果表明，用溶胶凝胶法制备的TiO2纳米晶粒尺寸在13~60nm。随着升高胶凝焙烧温度升高，TiO2晶体结构从非晶转变到锐钛矿再到金红石。并首次观察到锐钛矿相向金红石相转变时，锐钛矿（112）晶面和金红石相（100）晶面不仅平行还存在共格位相关系。计算表明锐钛矿相的晶粒生长激活能范围为30~40 kJmol1，金红石相为8kJmol1。TiO2纳米晶粉体光致发光谱上有6个峰，其中396nm和419nm峰分别为锐钛矿和金红石相的电子带隙跃迁峰，449 nm、466nm、481nm和490nm与晶体中的各种缺陷有关。与未参杂的TiO2纳米晶粉体相比，Ag离子的掺杂使锐钛矿晶型存在的温度范围变宽，在低温100℃就出现无定型和锐钛矿的混合体，并能保持到高温600℃。与未参杂的 TiO2纳米晶粉体相比，Ag离子的掺杂使锐钛矿晶型向金红石晶型转变的温度范围变窄。Ag离子的掺杂抑制了TiO2晶粒的长大。TEM能够观察到 Ag晶粒在TiO2的晶界上形核长大。与未参杂的 TiO2纳米晶粉体相比， Ag离子掺杂差热-热重曲线在380℃多出一个 AgNO3分解的放热峰，并且使高温有机物氧化的放热峰向高温推移60~70℃。Ag离子掺杂 TiO2纳米晶粉体的光致发光实验说明 Ag离子掺杂量的增加使光致发光强度升高，并出现了锐钛矿相的带隙电子跃迁峰和晶体表面氧空位缺陷峰。与未参杂的TiO2纳米晶粉体相比，在600℃掺杂 V离子促进锐钛矿向金红石相转变但在700℃适量的掺杂抑制了锐钛矿向金红石相的转变，这说明V离子掺杂在晶型转变时可能会有反常现象。

目录

第1章 绪论

1.1 TiO2晶型结构

1.2纳米TiO2的应用

1.3 TiO2纳米晶粉体的制备方法

1.4 TiO2纳米晶粉体的改性

1.5本课题的选题意义及研究内容

第2章 实验材料和实验方法

2.1实验材料与设备

2.2实验过程

2.3制备TiO2纳米粉

2.4纳米TiO2粉体表征及分析

第3章 溶胶-凝胶制备TiO2纳米晶粉体及研究

3.1制备TiO2纳米晶粉体实验结果与分析

3.2讨论

3.3小结

第4章 溶胶-凝胶制备Ag离子掺杂TiO2纳米晶粉体及研究

4.1 XRD分析

4.2 DSC-TGA分析

4.3 TEM分析

4.4 PL分析

4.5小结

第5章 溶胶-凝胶制备V掺杂TiO2纳米晶粉体及研究

5.1实验结果

5.2分析讨论

5.3小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果