空心球的控制合成与表征

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1、李军奇等tTiO。空心微球的控制合成及表征Ti02空心微球的控制合成及表征。李军奇1’2，何作利1，朱振峰1(1．陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安710021#2．陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室，陕西西安710021)摘要：采用溶胶一凝胶法和溶剂热合成相结合，以溶胶一凝胶法制备的无定形TiO。为前驱物，通过在溶剂热合成过程中引入NaF制备出平均粒径1btm，比表面积为90．1m2／g，平均孔径16．5nm的锐钛矿型Ti02空心微球。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及N2吸附一脱附对所合成的TiOz空心微球进行了表征。

2、结果表明，溶剂热处理后，无定形的前驱物转变为锐钛矿型Tioz微球，该微球具有中空结构。关键词：TiO。；空心微球；溶胶一凝胶；溶剂热中图分类号：0643文献标识码：A1引言具有空心结构的纳米材料在环境净化、催化、涂料、光电转换等领域具有广泛的应用前景。使得可控制备空心结构材料成为研究的热点。与此同时，空心球纳米材料的合成方法也得到了诸多发展。模板法作为一种常规的合成空心结构材料的方法已经得到了广泛的应用，并合成了众多空心结构材料。根据所用模板剂类型可分为，软模板(离子型或非离子型表面活性剂、聚合物、有机配合物等)和硬模板(多孔硅、PS微球等)[1．5]。二氧化钛(Ti02)是一种重要的、

3、具有多重功能的半导体材料，同时由于TiQ在可见及近红外区吸收较弱及折射率较高，使得纳米TiQ空心球成为制备光子晶体的理想材料，近年来逐渐成为研究的热点。采用模板法制备TiQ空心球时往往需要通过煅烧处理去除模板，虽然煅烧处理可以提高材料的晶化程度，但这个过程也会带来纳米材料的团聚及空心结构的塌陷，因此，发展无模板法制备空心Ti()2微球就显得尤为重要[6_8]。本文报道了一种无模板法制备TiO：空心微球的方法，采用溶胶一凝胶法和溶剂热合成相结合，以溶胶一凝胶法制备的无定形Tioz为前驱物，通过控制溶剂热合成过程，制备出具有空心结构的Ti0。微球。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(

4、SEM)、透射电子显微镜(TEM)及Nz吸附一脱附对所合成的TiOz空心微球进行了表征。2实验将0．4mL浓度为0．1mol／L的NaCI溶液和100mL无水乙醇混合均匀后，取一定量钛酸四丁酯(TBT)缓慢滴加到上述混合溶液，磁力搅拌直至出现白色沉淀，静置10h待反应完全。离心分离后并清洗后得到TiO。前驱物。将此Ti0：前驱物分散于无水乙醇和去离子水的混合溶液中，加入一定量的NaF，充分搅拌混合均匀，置于高压反应釜中。微波加热至180℃保温lh，自然冷却至室温，离心分离并用去离子水和无水乙醇清洗，真空干燥得到最终产物。样品的N。吸附一脱附等温线测试在JW-004型比表面积测定仪上进行，

5、并用BET方程计算样品的比表面积，BJH法计算孔径；使用日本Rigaku的D／max-2200型X射线衍射仪对样品的晶相组成等进行测试(CuK。辐射，入=0．15418nm)；样品的形貌及微观结构采用JSM-6700F型扫描电子显微镜(SEM)和JEM2010型透射电子显微镜(TEM)进行观察。3结果与讨论3．1XRD分析图1是溶胶一凝胶制备的前驱物(a)和溶剂热处理后样品(b)的XRD图谱。从图中可以看出，采用溶胶一凝胶制备的前驱物为无定形，经溶剂热处理后，在衍射角26=25．26、37．88、47．78。处有明显的衍射峰出现，分别对应锐钛矿型TiQ的(101)面、(004)面和(20

6、0)面。这与JCPDS卡中21—1272号锐钛矿型TiQ的d值完全一致，图谱中无其它杂峰，表明经过溶剂热处理后无定形Ti()2已经完全转变为单一锐钛矿型Ti02。根据Scher-rer公式计算Ti02的平均晶粒尺寸为16．88nm。28／(’)图1Ti02空心微球的XRD图谱Fig1XRDpatternsofthehollowTi02microspheres．TheprecursorTi02(a)andsolvothermaltreat—ment(b)．3．2形貌分析图2是Tioz空心微球的SEM和TEM照片，可以看出，溶剂热处理后样品为单分散球形颗粒，粒径约·基金项目：陕两省教育厅专项

7、科研计划资助项目(09JK352)收到稿件日期：20lo·07—20通讯作者：李军奇作者简介：李军奇(1978一)，男．陕西西安人．博士，主要从事纳米功能材料的研究．．n．1『萱荀c主i一一圈-匿‘避03N，吸附脱附分析介孔材料其有发达的孔进结构和大的＆表面謇!．进行N，等温吸附脱附时，氯气在介扎扎道内发生毛细管凝聚，由j吸附脱附不完±可逆而引起等温线成避滞环形状．”r根据等温曲线分析i{锋扎道结构毒数。阿3是台成的TiO：空心微球