文档介绍：TiO2纳米复合材料XRD分析
引言
纳米结构TiO2由于具有化学性能稳定、价格低廉等优点在光催化、光解水及太阳能电池等领域应用广泛,如图1。早在二十世纪初期,TiO2因具有增白、加亮等特点而广泛应用于油漆、涂料、化妆品、牙膏、药膏等商业化领域,并在某些国家一度被认为是衡量生活质量的产品。TiO2主要来源于钛铁矿、金红石、锐钛矿和白钛石,储量丰富、价格低廉。二十世纪初,商业化应用的TiO2最早通过提炼钛铁矿得到铁和钛铁合金,进一步精炼得到TiO2,并于1918年在挪威、美国和德国实现了工业化生产。
图1 TiO2应用领域
TiO2存在三种晶型:金红石型、锐钛矿型和板钛矿型晶体,如图2。在一定
图2 TiO2的三种晶体结构:
(a)金红石,(b)锐钛矿,(c) 板钛矿
温度下,TiO2晶型之间可以转变,其晶型转变相图,如图3。一般而言,锐钛矿
TiO2的光催化活性比金红石型TiO2要高,其原因在于:(1)金红石型TiO2有较小的禁带宽度( eV, eV),其较正的导带阻碍了氧气的还原反应;(2)锐钛矿型TiO2晶格中有较多的缺陷和位错,从而产生较多的氧空位来捕获电子,而金红石型TiO2是TiO2三种晶型中最稳定的晶型结构,具有较好的晶化态,缺陷少,光生空穴和电子在实际反应中极易复合,催化活性受到很大的影响;(3)金红石型TiO2光催化活性低,同时还与高温处理过程中粒子大量烧结引起比表面积的急剧下降有关。
图3 TiO2晶型转变相图
本文首先以金红石型为例计算其消光系数和结构因子,结合我最近的实验结果分析TiO2及其复合物的XRD表征结果。
金红石型TiO2结构及XRD谱图特征
图4 (a)金红石晶胞结构,(b)金红石晶胞垂直于(001)面的剖面图
金红石属于四方晶系,空间群P4mnm,晶胞参数a0= nm、c0= nm其结构如图4。离子坐标Ti4+为0 0 0,1/2 1/2 1/2;O2-为u u 0,(1-u) (1-u) 0,(1/2+u) (1/2-u) 1/2,(1/2-u) (1/2+u) 1/2。不同金红石型化合物的u值不同,。金红石TiO2的结构因子为:
当h+k+l为奇数且h·k=0时,Fhkl=0。即当晶面指数(hkl)满足h+k+l为奇数且h·k=0时消光,因此,金红石TiO2的XRD中将不出现(001)、(003)、(005)的衍射峰。图5是P25(80%锐钛矿相和20%金红石相)的XRD谱图,从金红石相X-射线衍射峰上看,(001)、(003)、(005)的衍射峰。
图5 P25的XRD谱图
TiO2/GO和Ag/TiO2/rGO复合物XRD分析
制备方法:石墨烯氧化物(GO)由改进的Hummers方法制得,浓H2SO4、NaNO3和KMnO4氧化石墨粉得到墨绿色粘稠物,然后加入去离子水和H2O2得到金黄色沉淀,后经离心、清洗、干燥得到GO粉末;TiO2/GO由水热法制得,将Ti(SO4) mg/mL的GO水溶液中,160 ℃下水热9 h后经离心、清洗、干燥得到TiO2/GO粉末;Ag/TiO2/rGO是在TiO2/GO基础上采用紫外光辅助还原法将AgNO3还原为Ag并