二氧化硅掺杂对二氧化钛晶型转变机理的影响
发布时间：2021-06-11 21:57
不同物理混合SiO2掺杂量下,通过高温原位XRD,TEM,Rietveld全谱拟合晶胞常数及XPS分析二氧化钛相变过程中化学键的变化规律,以及硅对锐钛矿到金红石（A→R）二氧化钛转变机理的影响。结果表明:其影响机理为畸变能和晶核形成共同控制,SiO2掺杂量≤7.5%（质量分数,下同）时为抑制相变作用,此时,Si4+会置换二氧化钛晶格中的Ti4+,产生畸变,抑制二氧化钛的A→R型转变;SiO2掺杂量>7.5%时为促进作用,此时多余的SiO2会充当金红石型二氧化钛的晶核,从而促进二氧化钛的A→R型转变。
【文章来源】：材料工程. 2020,48(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
无SiO2掺杂的二氧化钛TG-DTA曲线(a)和不同SiO2掺杂量的二氧化钛DTA曲线(b)
由表2可知,随着SiO2掺杂量的提高,A→R相变温度先增加后减小,这与DTA测试的结果基本相符。图2中没有发现SiO2衍射峰,因为SiO2为非晶态。用High Score Pluse软件分别对SiO2掺杂量为0%～12.5%的二氧化钛衍射谱图进行500,650,700 ℃ Rietveld全谱拟合,Rietveld全谱拟合法精修后得到的锐钛型二氧化钛的晶格相关参数如表3所示,其中,a,b,c为晶格常数,α,β,λ为夹角,Rwp为重均因子,Rp为权重因子,Rexp为因子期望值,GoF为拟合优度。表2 高温原位XRD分析的A→R相变点Table 2 A→R phase transition temperature of high temperature in-situ XRD analysis Mass fraction of SiO2/% Phase transition temperature/℃ 0 600 2.5 610 5 590 7.5 630 10 600 12.5 530
由表3可知,500,650,700 ℃时,SiO2掺杂量为2.5%～12.5%的锐钛矿晶格常数a,b,c相比于无SiO2掺杂的均稍有减小。氧化物对二氧化钛的A→R相变,存在掺杂离子进入二氧化钛晶格或替换二氧化钛晶格节点中的Ti4+的情况[18]。由于Si4+半径(0.040 nm)远小于Ti4+半径(0.061 nm),所以当Si4+替代了锐钛矿晶格中Ti4+后形成了置换固溶体,锐钛矿的晶格常数a,b,c会稍减小。表4是650,700 ℃时Rietveld精修后的金红石晶格参数。同样,掺杂了SiO2后的金红石的晶格常数a,b,c相比于未掺杂SiO2的稍有减小,再次说明Si4+替代了锐钛矿晶格中Ti4+的情况。在二氧化钛A→R相变过程中,涉及6个钛氧键中2个钛氧键的断裂[5],说明二氧化钛A→R相变过程中存在着锐钛矿Ti—O键断裂和Ti4+,O2-扩散结晶成金红石。当Si4+进入二氧化钛晶格形成置换固溶体后,将产生畸变能,阻碍Ti4+的扩散,结晶形成金红石,所以从高温原位XRD图中发现,当SiO2掺杂量为0%～7.5%时,A→R相变的相变温度随着SiO2掺杂量的增加而提高。图3为650 ℃不同SiO2掺杂量的金红石(110)晶面的XRD衍射峰。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锐钛矿型银掺杂二氧化钛紫外光及模拟太阳光光催化性能[J]. 朱晓东,王尘茜,雷佳浩,裴玲秀,朱然苒,冯威,孔清泉. 材料工程. 2020(02)
[2]铜掺杂纳米二氧化钛颗粒的相变研究[J]. 刘明,严继康,杨钢,姜贵民,杜景红,甘国友,易健宏. 材料工程. 2019(04)
[3]Ce-TiO2-SiO2的制备及其光降解罗丹明B的动力学[J]. 樊国栋,张国贤,冯昕钰,张光华. 化工进展. 2017(08)
[4]TiO2晶型转变（A→R）的影响因素[J]. 姜贵民,严继康,杨钢,段志操,康昆勇,杜景红,甘国友,易健宏. 材料导报. 2016(19)
[5]Si改性对V2O5/WO3-TiO2催化剂NH3-SCR活性和热稳定性的影响（英文）[J]. 刘雪松,吴晓东,许腾飞,翁端,司知蠢,冉锐. 催化学报. 2016(08)
[6]TiOx/SiO2复合载体上高分散Au催化剂的CO氧化性能[J]. 李晓坤,马冬冬,郑燕萍,张宏,丁丁,陈明树,万惠霖. 物理化学学报. 2015(09)
[7]锡掺杂二氧化钛相变过程和微结构分析[J]. 塔娜,史志铭,王晓欢,李鹏飞,侯小虎. 人工晶体学报. 2014(01)
[8]采用原位变温X射线衍射技术研究不同气氛下TiO2的相变机理[J]. 马利静,郭烈锦. 光谱学与光谱分析. 2011(04)
[9]Zn2+掺杂对TiO2相变温度和晶粒尺寸的影响[J]. 金丽娜,史志铭,闫龙. 人工晶体学报. 2007(03)
[10]氧化物添加剂对TiO2相变和晶粒生长的影响机制[J]. 杨建,薛向欣,王文忠,丘泰. 功能材料. 2005(07)
博士论文
[1]二氧化钛表面及界面性质的第一性原理研究[D]. 李亚东.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2017
硕士论文
[1]回转窑煅烧钛白热能利用分析[D]. 雷立新.四川大学 2004
本文编号：3225357
【文章来源】：材料工程. 2020,48(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
无SiO2掺杂的二氧化钛TG-DTA曲线(a)和不同SiO2掺杂量的二氧化钛DTA曲线(b)
由表2可知,随着SiO2掺杂量的提高,A→R相变温度先增加后减小,这与DTA测试的结果基本相符。图2中没有发现SiO2衍射峰,因为SiO2为非晶态。用High Score Pluse软件分别对SiO2掺杂量为0%～12.5%的二氧化钛衍射谱图进行500,650,700 ℃ Rietveld全谱拟合,Rietveld全谱拟合法精修后得到的锐钛型二氧化钛的晶格相关参数如表3所示,其中,a,b,c为晶格常数,α,β,λ为夹角,Rwp为重均因子,Rp为权重因子,Rexp为因子期望值,GoF为拟合优度。表2 高温原位XRD分析的A→R相变点Table 2 A→R phase transition temperature of high temperature in-situ XRD analysis Mass fraction of SiO2/% Phase transition temperature/℃ 0 600 2.5 610 5 590 7.5 630 10 600 12.5 530
由表3可知,500,650,700 ℃时,SiO2掺杂量为2.5%～12.5%的锐钛矿晶格常数a,b,c相比于无SiO2掺杂的均稍有减小。氧化物对二氧化钛的A→R相变,存在掺杂离子进入二氧化钛晶格或替换二氧化钛晶格节点中的Ti4+的情况[18]。由于Si4+半径(0.040 nm)远小于Ti4+半径(0.061 nm),所以当Si4+替代了锐钛矿晶格中Ti4+后形成了置换固溶体,锐钛矿的晶格常数a,b,c会稍减小。表4是650,700 ℃时Rietveld精修后的金红石晶格参数。同样,掺杂了SiO2后的金红石的晶格常数a,b,c相比于未掺杂SiO2的稍有减小,再次说明Si4+替代了锐钛矿晶格中Ti4+的情况。在二氧化钛A→R相变过程中,涉及6个钛氧键中2个钛氧键的断裂[5],说明二氧化钛A→R相变过程中存在着锐钛矿Ti—O键断裂和Ti4+,O2-扩散结晶成金红石。当Si4+进入二氧化钛晶格形成置换固溶体后,将产生畸变能,阻碍Ti4+的扩散,结晶形成金红石,所以从高温原位XRD图中发现,当SiO2掺杂量为0%～7.5%时,A→R相变的相变温度随着SiO2掺杂量的增加而提高。图3为650 ℃不同SiO2掺杂量的金红石(110)晶面的XRD衍射峰。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锐钛矿型银掺杂二氧化钛紫外光及模拟太阳光光催化性能[J]. 朱晓东,王尘茜,雷佳浩,裴玲秀,朱然苒,冯威,孔清泉. 材料工程. 2020(02)
[2]铜掺杂纳米二氧化钛颗粒的相变研究[J]. 刘明,严继康,杨钢,姜贵民,杜景红,甘国友,易健宏. 材料工程. 2019(04)
[3]Ce-TiO2-SiO2的制备及其光降解罗丹明B的动力学[J]. 樊国栋,张国贤,冯昕钰,张光华. 化工进展. 2017(08)
[4]TiO2晶型转变（A→R）的影响因素[J]. 姜贵民,严继康,杨钢,段志操,康昆勇,杜景红,甘国友,易健宏. 材料导报. 2016(19)
[5]Si改性对V2O5/WO3-TiO2催化剂NH3-SCR活性和热稳定性的影响（英文）[J]. 刘雪松,吴晓东,许腾飞,翁端,司知蠢,冉锐. 催化学报. 2016(08)
[6]TiOx/SiO2复合载体上高分散Au催化剂的CO氧化性能[J]. 李晓坤,马冬冬,郑燕萍,张宏,丁丁,陈明树,万惠霖. 物理化学学报. 2015(09)
[7]锡掺杂二氧化钛相变过程和微结构分析[J]. 塔娜,史志铭,王晓欢,李鹏飞,侯小虎. 人工晶体学报. 2014(01)
[8]采用原位变温X射线衍射技术研究不同气氛下TiO2的相变机理[J]. 马利静,郭烈锦. 光谱学与光谱分析. 2011(04)
[9]Zn2+掺杂对TiO2相变温度和晶粒尺寸的影响[J]. 金丽娜,史志铭,闫龙. 人工晶体学报. 2007(03)
[10]氧化物添加剂对TiO2相变和晶粒生长的影响机制[J]. 杨建,薛向欣,王文忠,丘泰. 功能材料. 2005(07)
博士论文
[1]二氧化钛表面及界面性质的第一性原理研究[D]. 李亚东.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2017
硕士论文
[1]回转窑煅烧钛白热能利用分析[D]. 雷立新.四川大学 2004
本文编号：3225357
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3225357.html
