微波辅助低温制备纳米TiO2晶体生长动力学研究

doi:10.3724/SP.J.1077.2010.00815

无机材料学报 ›› 2010, Vol. 25 ›› Issue (8): 815-819.DOI: 10.3724/SP.J.1077.2010.00815 CSTR: 32189.14.SP.J.1077.2010.00815

微波辅助低温制备纳米TiO₂晶体生长动力学研究

冯炜¹, 邹克华², 翟增秀²

(1. 天津大学化工学院天津300072; 2. 天津市环境保护科学研究院国家环境保护恶臭污染控制重点实验室, 天津300191)

收稿日期:2009-11-20 修回日期:2010-02-05 出版日期:2010-08-20 网络出版日期:2010-07-19
基金资助:
国家水体污染控制与治理科技重大专项资助项目(2008X07314-001-12)

Study on the Crystal Growth Kinetics of Nano TiO₂ Prepared with Microwave Aid at Low Temperature

FENG Wei¹, ZOU Ke-Hua², ZHAI Zen-Xiu²

(1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjing University, Tianjin 300072, China, 2. State Envtronmental Protection Key Laboratory of Odor Pollution Control, Tianjin 300191, China)

Received:2009-11-20 Revised:2010-02-05 Published:2010-08-20 Online:2010-07-19

摘要/Abstract

摘要：

采用一次微波辅助促进水解, 水浴陈化或二次微波辐射促进晶化的热处理方法, 在较低温度下制得纳米TiO₂晶体颗粒, 样品表征结果证明为单一锐钛矿晶型, 且具有球形或短柱型形貌特征. 晶体生长宏观动力学研究显示, 二次微波辐射下纳米TiO₂晶体生长规律可描述为2次方程, 表观生长活化能为59.47 kJ/mol, 而水浴陈化方式下晶体生长则可描述为3次方方程, 表观生长活化能为19.44 kJ/mol, 因此二次微波辐射方法制备纳米TiO₂晶体具有更大的表观生长活化能和独特的动力学性质.

关键词: 微波, 纳米TiO₂晶体, 晶体生长, 动力学

Abstract:

The TiO₂ nanocrystal particles were prepared by low-temperature method. Firstly, hydrolysis of reactants was promoted with microwave radiation aid, then crystallization could be facilitated through the process of the second microwave radiation or aging in water bath. The characterization results show that the shape of TiO₂ nanocrystal is sphere or short column, which are all in pure anatase phase. The kinetic studies indicate that the anatase TiO₂growth can be described as the twice order kinetic equation and the apparent activity energy is 59.47 kJ/mol with two-step microwave radiation, while the kinetic equation is conformed to the third order and the apparent activity energy is 19.44 kJ/mol with ageing process. The above comparison proves that the nanocrystal TiO₂ would grow faster in short time with the two-step microwave radiation at low temperature.

Key words: microwave, TiO₂nanocrystal, crystal growth, study of kinetics

中图分类号:

O781

冯炜, 邹克华, 翟增秀. 微波辅助低温制备纳米TiO₂晶体生长动力学研究[J]. 无机材料学报, 2010, 25(8): 815-819.

FENG Wei, ZOU Ke-Hua, ZHAI Zen-Xiu. Study on the Crystal Growth Kinetics of Nano TiO₂ Prepared with Microwave Aid at Low Temperature[J]. Journal of Inorganic Materials, 2010, 25(8): 815-819.

参考文献

[1]倪星元, 沈军, 张志华. 纳米材料的理化特性与应用. 北京: 化学工业出版社, 2006: 1-2.
[2]高濂, 郑珊, 张青红. 纳米氧化钛光催化材料及应用. 北京: 化学工业出版社, 2002: 13-20.
[3]王靖宇, 刘志洪, 何治柯, 等. 锐钛矿型纳米氧化钛及其复合材料的低温制备技术. 化学进展, 2007, 19(10): 1495-1502.
[4]Zhang P L, Yin S, Sato T. Synthesis of high-activity TiO2 photocatalyst via environmentally friendly and novel microwave assisted hydrothermal process.Appl. Catal., B-Environmental,2009, 89(1/2):118-122
[5]周晓明, 刘剑洪, 张培新, 等, TiO2纳米晶的低温制备. 深圳大学学报理工版, 2005, 22(3): 277-279.
[6]陈文新, 黄浪新, 刘应亮, 等, 微波法制备纳米TiO2. 化学研究与应用, 2004, 16(5): 661-663.
[7]杨升红, 张小明, 张延杰, 等(YANG Sheng-Hong, et al). 微波法制备纳米TiO2粉末. 稀有金属材料与工程(Rare Metal Mat. Eng.), 2000, 29(5): 354-356.
[8]Peiro A M, Vigil E, Peral J, et al. Titanium(IV) oxide thin films obtained by a two-step soft-solution method.Thin Solid Films,2002, 411(2):185-191
[9]Gedye R, Smith F, Westaway K, et al. The use of microwave-ovens for rapid organic-synthesis.Tetrahedron Letters,1986, 27(3):279-282
[10]张先如, 徐政. 微波技术在材料化学中的原理及其应用进展. 辐射研究与辐射工艺学报, 2005, 23(4): 197-200.
[11]Suprabha, T, Roy H G, Thomas J, et al. Microwave-assisted synthesis of titania nanocubes, nanospheres and nanorods for photocatalytic dye degradation.Nanoscale Research Letters,2009, 4(2):144-152
[12]Wu X, Jiang Q Z, Ma Z F, et al. Synthesis of titania nanotubes by microwave irradiation.Sol. St. Comm,2005, 136 (9/10):513-517
[13]刘河洲, 胡文彬, 顾明元(LIU He-Zhou, et al). 纳米TiO2晶粒生长动力学研究. 无机材料学报(Journal of Inorganic Materials), 2002, 17(3): 429-436.
[14]邵艳群, 唐电, 熊惟皓, 等. Sol-Gel 法制备纳米TiO2锐钛矿相的晶化动力学. 材料热处理学报, 2003, 24(4): 46-50.
[15]胡林华, 戴松元, 王孔嘉(HU Lin-Hua, et al). 溶胶-凝胶法制备的纳米TiO2结构相变及晶体生长动力学. 物理学报(Acta Physica Sinica), 2003, 52(9): 2135-2139.
[16]Asahi R, Morikawa T, Ohwaki T, et al. Visible-light photocatalysis in nitrogen-doped titanium oxides.Science,2001, 293(5528):269-271
[17]Pamplin B R. 刘如水, 沈德中, 张红武, 等译. 晶体生长. 北京: 中国建筑工业出版社, 1981: 448-451.
[18]Kumar P K. Growth of rutile crystallites during the initial stage of anatase-to-rrutile transformation in pure titania and in titania- alumina nanoconposites.Scripta Mater,1995, 32(6):873-877
[19]Lu K. Nanocrystalline metals crystallized from amorphous solids: nanocrvstallizaton, structure, and properties.Mater. Sci. Eng. R,1996, 16(4):161-221

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[2]	蔡豪, 汪琦航, 邹朝勇. 镁离子调控无定形碳酸钙制备一水碳酸钙结晶过程[J]. 无机材料学报, 2024, 39(11): 1275-1282.
[3]	马永杰, 刘永胜, 关康, 曾庆丰. CH₄+C₂H₅OH+Ar体系热解的气相动力学研究[J]. 无机材料学报, 2024, 39(11): 1235-1244.
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[5]	郝永鑫, 秦娟, 孙军, 杨金凤, 李清连, 黄贵军, 许京军. 坩埚底角形状对提拉法生长同成分铌酸锂晶体的影响[J]. 无机材料学报, 2024, 39(10): 1167-1174.
[6]	何倩, 唐婉兰, 韩秉锟, 魏佳元, 吕文轩, 唐昭敏. pH响应铜掺杂介孔硅纳米催化剂增强肿瘤化疗-化学动力学联合治疗的研究[J]. 无机材料学报, 2024, 39(1): 90-98.
[7]	秦娟, 梁丹丹, 孙军, 杨金凤, 郝永鑫, 李清连, 张玲, 许京军. 提拉法生长平肩同成分铌酸锂晶体的研究[J]. 无机材料学报, 2023, 38(8): 978-986.
[8]	刘文龙, 赵瑾, 刘娟, 毛小建, 章健, 王士维. 微波干燥自发凝固成型氧化铝湿坯[J]. 无机材料学报, 2023, 38(4): 461-468.
[9]	林思琪, 李艾燃, 付晨光, 李荣斌, 金敏. Zintl相Mg₃X₂(X=Sb, Bi)基晶体生长及热电性能研究进展[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 270-279.
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[11]	吴振, 李慧芳, 张中晗, 张振, 李阳, 蓝江河, 苏良碧, 武安华. 面向磁光应用的CeF₃晶体生长与性能表征[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 296-302.
[12]	齐雪君, 张健, 陈雷, 王绍涵, 李翔, 杜勇, 陈俊锋. 坩埚下降法生长大尺寸Bi₁₂GeO₂₀晶体的宏观缺陷[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 280-287.
[13]	齐占国, 刘磊, 王守志, 王国栋, 俞娇仙, 王忠新, 段秀兰, 徐现刚, 张雷. GaN单晶的HVPE生长与掺杂进展[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 243-255.
[14]	张超逸, 唐慧丽, 李宪珂, 王庆国, 罗平, 吴锋, 张晨波, 薛艳艳, 徐军, 韩建峰, 逯占文. 新型GaN与ZnO衬底ScAlMgO₄晶体的研究进展[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 228-242.
[15]	陈昆峰, 胡乾宇, 刘锋, 薛冬峰. 多尺度晶体材料的原位表征技术与计算模拟研究进展[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 256-269.