TiN浸渍-热分解法制备纳米二氧化钛及钌钛复合氧化物

摘要

本文采用 TiN浸渍-热分解法,以 TiN纳米粉体为反应前驱体,制备了金红石相 TiO2以及一系列的钌钛复合氧化物(Ti1-xRuxO2,x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7)纳米粉体。通过 X射线粉末衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)、透射电镜(TEM)、比表面积测试(BET)、极化曲线、循环伏安曲线等测试手段对其成分、结构、形貌和电催化性能以及稳定性进行了表征,并采用热重-差式扫描量热法(TG-DSC)研究了浸渍预处理前后 TiN纳米粉体的气-固相反应和 Ti1-xRuxO2氧化物固溶体的形成过程。这对于 SPE膜电极技术以及发展新型燃料电池电催化剂体系具有重要的理论意义和应用价值。本文的研究结果如下:
　　TiN浸渍-热分解法制备金红石相 TiO2:
　　(1)XRD、TEM、BET分析表明,在氧化温度为350~550℃时,TiN纳米粉体直接氧化生成以锐钛矿相为主的 TiO2,而经过盐酸-正丁醇混合液浸渍预处理后,在380℃空气中,TiN纳米粉体氧化生成以金红石相为主的 TiO2。用盐酸与正丁醇体积比为1:7的混合溶液浸渍时,可以得到粒径16nm分散良好的棒状金红石相 TiO2纳米粉体。盐酸是 TiN纳米粉体低温氧化生成金红石相 TiO2的根本原因,正丁醇的存在有助于抑制产物纳米 TiO2的团聚。
　　(2)TG-DSC分析表明浸渍后的 TiN在373℃时开始氧化直接生成了金红石相TiO2,没有经历热氧化中锐钛矿相向金红石相转化的过程。
　　TiN浸渍-热分解法制备 Ti1-xRuxO2:
　　(1) XRD和TEM表征显示Ti1-xRuxO2是以固溶体形式存在的金红石相纳米棒状粉体,具有较好的分散性,粒径分布从十几纳米到几纳米。导电性能测试显示, Ti1-xRuxO2纳米粉体电阻率小,具有良好的导电性能。EDS分析表明,制备的Ti1-xRuxO2复合氧化物中含有 Cl原子,这表明一定数量的 Cl原子取代了氧原子的位置,增加了晶体的氧缺陷。
　　(2) TG-DTG和 TG-DSC曲线表明,TiN在第一次浸渍后就完全氧化生成了金红石相 TiO2,而 RuCl3·3H2O氧化生成金红石 RuO2并固溶到 TiO2晶格中这两个过程始终贯穿在整个氧化过程中,并且 RuCl3·3H2O氧化生成金红石 RuO2并固溶到 TiO2晶格中这两个过程是同时发生的。
　　(3)对Ti0.7Ru0.3O2纳米粉体的电化学测试表明Ti0.7Ru0.3O2对电解析氯有较好的电催化活性,而对电解析氧的催化活性相对较差。在0.1mol·L-1 HCl溶液中循环伏安测试表明 Ti0.7Ru0.3O2纳米粉体具有良好的稳定性。

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1 文献综述

1.1 引言

1.2 纳米二氧化钛

1.3 金属修饰二氧化钛纳米材料

1.4 析氯反应

1.5 本文的研究内容目标及创新点

2 纳米 TiN 粉体直接氧化制备纳米二氧化钛

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 TiN 纳米粉体浸渍-热分解法制备纳米二氧化钛及表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 TiN 纳米粉体浸渍-热分解法制备纳米钌钛复合氧化物及其性能表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 全文结论

参考文献

致谢

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