纳米tio_2c2_2fmwcnts复合体的合成与表征

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1、黑龙江大学硕士学位论文1．1．2纳米材料的分类如果按空间形态，纳米材料可分为如下三类：(1)零维纳米颗粒如纳米粉。(2)一维纳米线如纳米丝、纳米棒、纳米管。(3)二维纳米膜如纳米膜。1．1．3纳米材料的特性纳米材料介于原子簇或分子簇与宏观大块物质之间，既不是典型的微观系统，也不是典型的宏观系统，表现出一系列新异、独特的物理化学性质。(1)量子尺寸效应能带理论指出：由无数原子组成固体时，各原子的能级就合并成能带，由于各能带中电子数目很多，能带中能级间隔很小，可以看成是连续的。当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半

2、导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道的现象均称为量子尺寸效应。(2)小尺寸效应纳米颗粒的尺寸与光波波长、电子的德布罗意波长或超导带的相干程度等物理特征长度相当或更小时，周期性边界条件被破坏，声、光、电、磁及热力学等物性都将呈现新的小尺寸效应。如光吸收的增加和吸收边的移动等，这种由于小尺寸破坏了周期性边界条件所致的纳米效应叫做小尺寸效应【4，51。(3)表面效应纳米粒子尺寸小、表面能高，位于表面的原子占有相当大的比例。随着粒径减小，表面原子数会迅速增加，如粒径从100纳米减小到l纳米时，表面原子占原子总数从20％增加到99％。由于粒径

3、小、表面积急剧放大、表面原子数增多、原子配位不足，致使表面原子具有很大的活性，极不稳定，容易与其他原子结合。该效应可提高催化材料的催化效率，吸波材料的吸波率，涂料的覆盖率，杀菌剂的杀菌率等。(4)隧道效应．微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。例如具有铁磁性的粒子，当其尺寸达到纳米级时，即可由铁磁性变为顺磁性或软磁性。上述的小尺寸效应，表面界面效应，量子尺寸效应及量子隧道效应是纳米微第1章绪论粒和纳米固体材料的基本特性，使纳米材料呈现出许多奇异的力学、热学、光学、磁学等物理性质和化学性质，在多个领域得到了广泛的应用。1．1．4纳米材料的发展纵观纳米材料发展

4、的历史，大致可划分为三个阶段巾?¨，第一阶段(1990年以前)，主要是在实验室探索中合成、制备各种材料的纳米颗粒粉体并形成块体的方法和手段(包括薄膜)，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。第二阶段(1994年以前)，人们关注的热点是如何利用纳米材料所具有的奇特的物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料。第三阶段(从1994年到现在)，纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注。1．2纳米二氧化钛1．2．1纳米二氧化钛的制备方法通常把粒径小于100nm的n02称为纳米面02，随着粒径的超细化，其表面结构和晶体结构发生

5、了独特改变，导致产生了量子尺寸效应及表面效应等，从而使纳米Ti02与常规的Ti02相比较具有优异的催化性能、光学性能、热学性能、电学性能等等。Ti02是一种多晶型的化合物，在自然界中存在三种稳定的结晶形态：金红石型(Rutile)、锐钛矿型(AnataSe)和板钛矿型(Brookite)。其中锐钛矿型和金红石型Ti02具有光催化活性，其禁带宽度分别为3．2eV和3．0eV。目前，制备纳米面02的方法可归纳为气相法和液相法两大类。1．2．1．1纳米Ti02的气相合成方法气相法是指利用激光、电弧等使有机金属化合物蒸气产生等离子体，通过自由基反应合成纳米半导体粒子

6、。气相法合成纳米Ti02又分为1riCl4氢氧焰水解法、TiCl4气相氧化法、钛醇盐气相氧化法、钛醇盐气相水解法和钛醇盐气相热解法18，9】。用气相法制备的Ti02超细粒子具有纯度高、粒度小、化学活性高、粒子呈球形、单分散性好、凝聚粒子少、可见光透过性好、吸收紫外线的能力强等优点。而且该过程易于放大，可实现连续化生产。但是气相法合成纳米Ti02具有设备复杂、能耗大、生产成本较高的缺点。相比之下，液相法制备纳米Ti02技术由于其合成黑龙江大学硕士学位论文温度低、设备简单以及投资小而被较多的采用。1．2．1．2液相法(1)溶胶一凝胶法溶胶．凝胶方法是指有机或无机

7、化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经过热处理而制得氧化物或其他化合物固体的方法，它具有纯度高、均匀、合成温度低、反应条件易于控制等优点。溶胶．凝胶方法制备Ti02纳米粒子主要是通过钛金属化合物或配合物经过水解和缩聚反应来制备具有三维结构的凝胶类氧化物【10-131。这种方法直接应用钛醇盐，如钛酸四丁酯、四氯化钛和硫酸钛等作为含钛的前驱体。先将钛酸四丁酯等与有机溶剂如异丙醇或乙醇等混合均匀，在不断搅拌的情况下，用分液漏斗将混合溶液滴加到含适量浓硝酸的去离子水中，最终可形成透明的Ti02的胶体溶液。(2)水热合成法水热合成法114】是在内衬耐腐蚀材料的密闭高压

8、釜中加入前躯物如TiOS04、T，C14或钛醇盐，按