文档介绍：纳米材料的制备与表征
第一页，共25页
实验相关资料
什么是纳米材料？
纳米材料是指晶体尺度、晶界尺度均处在100nm以下，且晶界数量大幅度增加的晶体。通常，纳米数量级的材料是很容易得到的，比如胶体中物质的颗粒就处于纳米级，但关键的是，要把处于纳米级的物质形成晶体，晶体类型和晶体本身的各种特性对制得的纳米材料都有深刻的影响，因此，纳米材料制备的关键在于晶体控制。
第二页，共25页
TiO2纳米材料
纳米TiO2是一种应用前景广阔的半导体材料，它良好的光敏、气敏和压敏等特性，特别是光催化特性，使它在太阳能电池、光电转换器、光催化消除和降解污染物以及各种传感器等方面有着广阔的应用前景。
第三页，共25页
纳米材料一览
中国科学家首次打造出的“纳米皇冠”
柔软、结实的纳米碳管
第四页，共25页
纳米TiO2微粒的制备方法
1、实验室制备方法：
溶胶-凝胶法、TiO2气相氧化法、TiO2气相水解法、钛醇盐气相水解法、蒸发-凝聚法、超临界CO2干燥法、水热合成法、微乳液反应等14种方法。
2、工业制备方法：硫酸法和氯化法。
第五页，共25页
实验原理
溶胶—凝胶法
其最主要的物理化学过程就是由金属醇盐的醇溶液向溶胶和凝胶转变所发生的水解和缩聚反应。在醇盐—乙醇—水体系中所发生的反应过程是非常复杂的。通常以金属有机醇盐为原料，通过水解与缩聚反应而制得溶胶，并进一步缩聚而得到凝胶。
溶胶的制备
溶胶－凝胶转化
凝胶的干燥
第六页，共25页
在以Ti(OC4H9)为原料制备纳米TiO2时，Ti(OC4H9)发生如下的水解缩聚反应：
TiCl4+ROH= TiCl4-n(OR)n+nHCl
TiCl4+4NH3+4ROH=Ti(OR)4+4NH4Cl
水解：
Ti(OBu)4+nH2O=Ti(OBu)4-n(OH)n+nHOBu
失水缩聚：
Ti－OH+HO－Ti=Ti－O－Ti+H2O
失醇缩聚：
Ti－OR+ HO－Ti=Ti－O－Ti+HOR
其中，n＜4时Ti(OC4H9)与少量水发生水解反应生成Ti(OBu)4-n(OH)n单体，如果n＝4，则出现水合TiO2沉淀。
第七页，共25页
在反应中需加入催化剂，目的是为了控制Ti(OBu)4的水解和Ti(OBu)4-n(OH)n单体的缩聚反应速度。均匀分散在醇中的Ti(OBu)4-n(OH)n单体发生失水和失醇缩聚反应，生成Ti—O—Ti桥氧键，并导致二维和三维网络结构的形成。从单体Ti(OBu)4-n(OH)n的式子可以看出，n的不同，也就是加入水量的不同将直接导致产物立体线形、二维或三维结构的不同。
根据不同的实际需要，例如，制备TiO2纳米材料薄膜，就需要制备成线形的晶体结构。因此，水量的控制也很重要。
第八页，共25页
TiO2 前驱体
R基团和R’基团的差越大，越有利于TiO2 的生成
本次实验R和R’基团为H和Et（乙醇还有进一步的好处）
第九页，共25页
注意：前驱体生成后要降温后再进行生成TiO2 的反应。
生成TiO2 晶体的后期要适当降低机械搅拌的速率（这样可以减少颗粒与颗粒、颗粒与容器壁之间的碰撞，使形成的晶形更好）
乙醇在晶体生成时，会在固液界面上形成一层致密的双电层保护膜，抑制溶液中晶核长大，促进新晶核的生成，使得溶液中沉淀处于高度分散状态，使整个过程中晶体的颗粒更加均匀。但过高和过低的乙醇量都是不合适的，所以要控制好乙醇的量。
第十页，共25页