纳米TiO2表征.pptx

纳米TiO2粉末的结构表征: X射线衍射、透射电镜
及高温Raman光谱分析
TiO2有五种晶体结构:金红石型、锐钛矿型、板钛矿型、 TiO2-Ⅱ、 TiO2 -Ⅲ
金红石型TiO2最稳定,即使在高温也不发生分解和转化
锐钛矿型和板钛矿型在一定温度范围内不可逆地转变为金红石型。
实验研究必要性
纳米TiO2的某些性能与其结构密切相关。
锐钛矿型TiO2具有较高的光催化活性,。
含有少量金红石相的锐钛矿型TiO2较纯锐钛矿相显示出更高的的活性。可能与混晶TiO2形成了复杂的(包覆的或耦合的)非均匀结构有关。
因此,对纳米TiO2的晶体结构进行详细的研究十分必要。
实验研究必要性
采用化学沉淀-胶溶-絮凝法,以偏钛酸H2TiO3、H2O2和浓氨水为反应物,在冰水浴中搅拌,出现澄清黄绿色溶胶后,加入表面活性剂,静置数小时便得到凝胶。然后用蒸馏水洗涤至中性,抽滤,再置于烘箱中加热至80-120℃烘干。干凝胶粉碎后于500-750℃煅烧,便得到白色的锐钛矿型纳米TiO2粉末。
纳米TiO2粉末制备
X射线衍射分析
投射电镜
拉曼光谱
常规:将试样加热至不同温度退火后,再在室温下测定其Raman光谱。
创新点:高温Raman光谱仪可以从室温到高温对纳米TiO2进行原位研究,并能提供有关纳米TiO2高温结构转变和高温状态的真实信息。
实验表征方法
X射线衍射分析确定纳米TiO2的相结构。以Si为标样,通过谱线宽化分析,由Scherrer公式计算纳米粉末平均晶粒大小。
投射电子显微镜观察TiO2粒子的形貌并进行选区衍射,对其结构进行分析。样品制备:先将少量TiO2粉末溶于无水乙醇中,超声波振荡5-10min,用滴管吸取一滴悬浮液滴至富有碳膜的铜网上,然后置于TEM下观察。
Raman光谱仪对TiO2粉末从25℃到高温1200℃进行原位Raman光谱测定。
实验表征
K为Scherrer常数; λ为X射线波长; β为积分半高宽度; θ为衍射角
—X射线衍射分析
图中各衍射峰对应的晶面间距d的实测值与PDF卡片比对,表明所制备的TiO2是锐钛矿型结构。
通过对(101)、(004)、(200)3条衍射峰的宽化分析,得到粉末的平均晶粒尺寸约为22nm。
实验分析
—TEM观察
实验分析
自制纳米TiO2粉末呈不规则颗粒状,颗粒尺寸约分布在15-28nm范围内,图2是TiO2粉末的TEM明场相和选区衍射花样。对选区衍射花样分析表明,衍射环由内向外依次对应为锐钛矿相的(101)(004)(200)(105)和(211)衍射晶面。
—高温Raman光谱
实验分析
(a)显示了一个位于144cm-1的强峰,3个分别位于397cm-1、512cm-1和640cm-1处的中等强度以及一个位于195cm-1的弱峰。与锐钛矿相的Raman振荡模基本一致,这进一步表明纳米TiO2粉末是锐钛矿相。
从25-1200℃对TiO2粉末试样进行Raman光谱测定,,温度较低时,锐钛矿相的Raman特征清晰可见,随着温度继续升高,Raman谱峰逐渐降低宽化乃至消失,而仅有几个宽宽的凸起,这似乎类似于非晶的Raman光谱的特点。
将粉末试样从1200℃冷却至室温后再测,则显示出金红石相的Raman特征谱峰,而锐钛矿相的Raman特征谱峰完全消失,见图3(g)。这可能是由于随着温度升高,Ti-O键的键长和键角分布变宽,可受激越迁的粒子数减少,导致高温下Raman信号明显减弱,而无可分辨的Raman特征谱峰。
—高温Raman光谱
实验分析