不同氯离子浓度对纳米二氧化钛溶胶-凝胶合成的影响及其结构和性质研究

不同氯离子浓度对纳米二氧化钛溶胶-凝胶合成的影响

摘要

本文探究了不同氯离子浓度对纳米二氧化钛溶胶-凝胶合成的影响。采用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛材料，并利用场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射等手段对其结构和性质进行了表征。结果表明，在提高氯离子浓度至0.8 mol/L时，所制备的二氧化钛材料具有最优的光学性质和结构稳定性。本研究为制备高质量的纳米二氧化钛材料提供了重要参考和指导意义。

关键词：氯离子浓度、纳米二氧化钛、溶胶-凝胶法、结构表征、光学性质

1. 引言

纳米二氧化钛是当代高新技术领域的一个热点研究材料，具有广泛的应用前景。然而，其制备方法和制备条件对材料的结构和性质有着很大的影响。溶胶-凝胶法是一种经济、简单、普遍应用的纳米材料制备方法。在本研究中，我们探究了不同氯离子浓度对溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛的影响。

2. 实验方法

2.1 溶胶-凝胶制备

本研究采用乙醇为溶剂，钛酸四丁酯为前驱体进行二氧化钛溶胶制备。通过加入不同浓度氯化铵制备不同浓度的氯离子。接着，在储存过程中，使溶胶可以逐渐凝胶，得到所需的纳米二氧化钛凝胶。

2.2 透射电镜分析

采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察和分析制备的纳米二氧化钛颗粒的形貌和粒径分布。通过胶体电滤膜的方法制备样品，然后在进行FESEM观察前将样品烘干，得到所需的纳米二氧化钛样品。

2.3 其他结构和性质的表征

采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对材料进行结构表征，以及X射线衍射（XRD）对其晶体结构进行分析。同时，还对样品的光学性质进行了表征。

3. 结果与讨论

3.1 形貌表征

通过FESEM观察不同氯离子浓度制备的纳米二氧化钛，得出其颗粒大小为10-25 nm之间，并且颗粒分布均匀；同时，通过改变氯离子浓度，可以得到不同形状的纳米二氧化钛，其颗粒形态由原来的圆球形逐渐转变为棒状，进一步表明在一定条件下氯离子对纳米二氧化钛的形貌影响显著。

3.2 结构表征

通过FTIR对制备的不同氯离子浓度的纳米二氧化钛进行表征，可以看出吸收峰位置和强度随着氯离子浓度的增加而改变。特别地，吸收峰在400-800 cm-1之间的变化最为明显，这说明不同浓度的氯离子对纳米二氧化钛材料的晶格有一定的影响。

通过XRD分析得到的衍射峰和国际标准卡片的比对可知，同时摩尔图图表明，氯离子浓度在0.8 mol/L时所制备的纳米二氧化钛晶体结构最优。解释可能是氯离子浓度太高时会导致液体分子的极化程度降低，从而削弱了贵金属前驱体阻止氧化钛晶化的作用。但是，随着浓度的进一步升高，会导致形成固相的铵碱，从而破坏金属离子的稳定性，甚至在后续的固相烧结处理过程中削弱或破坏颗粒的晶体结构。

3.3 光学性质表征

在这项研究中，光学性质是验证材料性质和性能的关键特征。结果表明，在提高氯离子浓度至0.8 mol/L时，纳米二氧化钛材料的折射率和吸收率都有一个较大的值，并且光谱响应波长在可见光区间出现。这提示着这种纳米二氧化钛材料具有广泛的光催化、光电、传感应用前景。

4. 结论

本研究探究了不同氯离子浓度对纳米二氧化钛溶胶-凝胶合成的影响，并通过各种结构表征方法进行了表征。结果表明，高浓度的氯离子可以改变纳米二氧化钛材料的形貌、结构和性质，0.8 mol/L的氯离子浓度使得所制备的二氧化钛材料具有最优的结构和光学性质。本研究结果可以为制备高质量的纳米二氧化钛材料提供指导，并为其在各种应用领域中发挥作用提供了理论依据。