热处理对镍掺杂二氧化钛相变的影响
发布时间：2021-11-05 07:16
以硝酸镍为原料,采用溶胶-凝胶法制备了不同浓度Ni掺杂TiO2以及纯TiO2,对其进行400℃、500℃和600℃热处理,利用X射线光电子能谱（XPS）,扫描电子显微镜（SEM）对样品表面形貌,元素组成与价态进行了分析,利用X射线衍射（XRD）研究了热处理温度以及Ni掺杂浓度对TiO2锐钛矿/金红石相变的影响。结果表明,Ni掺杂后以+2价的形式存在,平均晶粒尺寸明显减小。Ni掺杂对锐钛矿/金红石相变有抑制作用。在600℃的热处理后,在3%Ni-TiO2与5%Ni-TiO2有新相NiTiO3生成。
【文章来源】：化学研究与应用. 2020,32(11)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
600 ℃热处理后5%Ni-TiO2的XPS图谱
根据Scherrer公式[20]D=kλ/βcosθ(β为衍射峰半高宽度;k为常数0.89;2θ为衍射角;λ为X射线波长)计算样品的平均晶粒尺寸D。根据Spurr-Myers公式[21]f=1/(1+1.26(IR/IA))(f为锐钛矿质量百分数;IR为金红石(110)晶面的衍射峰相对强度;IA为锐钛矿(101)晶面的衍射峰相对强度)计算混晶TiO2中锐钛矿与金红石含量,结果如表1所示。Ni掺杂后衍射峰强度降低,半峰宽增大,表明晶粒得到细化,值得注意的是,当热处理温度为600 ℃时,金红石平均晶粒尺寸先减小后增大,可能是Ni2+置换TiO2晶格中Ti4+离子,后经相互作用形成Ti-O-Ni键,阻止晶粒的生长[22];而在5%Ni-TiO2时,有新相NiTiO3生成,NiTiO3促进了金红石的TiO2形核,因此Ni含量过高促进了TiO2晶粒长大[1]。表1 热处理后样品晶体结构和平均晶粒尺寸Table 1 Crystal structure and average grain size of the samples after heat treatment Sintering temperature Sample D/nm Phase composition 400 ℃ 纯TiO2 16.1 A 400 ℃ 0.5%Ni-TiO2 15.0 A 400 ℃ 1%Ni-TiO2 14.0 A 400 ℃ 3%Ni-TiO2 13.1 A 400 ℃ 5%Ni-TiO2 13.9 A 500 ℃ 纯TiO2 18.9 A 500 ℃ 0.5%Ni-TiO2 17.9 A 500 ℃ 1%Ni-TiO2 15.4 A 500 ℃ 3%Ni-TiO2 13.9 A 500 ℃ 5%Ni-TiO2 13.4 A 600 ℃ 纯TiO2 A(29.0)/R(47.0) A(23.2%)/R(76.8%) 600 ℃ 0.5%Ni-TiO2 A(27.4)/R(42.6) A(66.7%)/R(33.3%) 600 ℃ 1%Ni-TiO2 A(27.5)/R(40.6) A(78.7%)/R(21.3%) 600 ℃ 3%Ni-TiO2 A(21.8)/R(31.2) A(90.1%)/R(9.9%) 600 ℃ 5%Ni-TiO2 A(21.1)/R(35.5) A(80.4%)/R(19.6%)
图3为600 ℃热处理后纯TiO2(a、b)与5%Ni-TiO2(c、d)的SEM照片,图3(a)、(c)为放大倍数为1万倍,难以发现样品形貌有明显区别,(b)、(d)放大倍数为20万倍,图3(b)中可见样品表面粗糙,颗粒分布不均,团聚体尺寸大小不一,颗粒尺寸较大的是由金红石组成,而较小的则为锐钛矿组成[23]。图3(d)可以观察到5%Ni-TiO2相较于纯TiO2颗粒尺寸分布更加均匀,尺寸较小,大约在20 nm左右。3 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]可见光下掺Fe3+A-TiO2粉体对茜素红的催化降解[J]. 张一兵,吴婷. 化学研究与应用. 2019(05)
[2]Zn掺杂浓度对Zn-TiO2相变的影响[J]. 冯威,朱晓东,裴玲秀,易倩,文桂岚. 热加工工艺. 2018(14)
[3]煅烧温度对铽掺杂纳米二氧化钛及光学性能的影响[J]. 黄凤萍,辛萌,崔梦丽,郭宇煜,丁力. 化学研究与应用. 2017(11)
[4]用于钙钛矿太阳能电池光阳极的TiO2/ZnTiO3复合物的制备与性能[J]. 徐艳,张翁晶,胡木林. 材料导报. 2016(20)
[5]ZnO异质复合对纳米TiO2晶型转变和晶粒生长的影响[J]. 王志义,史献峰,崔作林. 硅酸盐学报. 2006(09)
[6]Cr3+掺杂纳米TiO2结构相变及光谱特征[J]. 刘昭麟,崔作林,张志焜. 功能材料. 2005(09)
本文编号：3477334
【文章来源】：化学研究与应用. 2020,32(11)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
600 ℃热处理后5%Ni-TiO2的XPS图谱
根据Scherrer公式[20]D=kλ/βcosθ(β为衍射峰半高宽度;k为常数0.89;2θ为衍射角;λ为X射线波长)计算样品的平均晶粒尺寸D。根据Spurr-Myers公式[21]f=1/(1+1.26(IR/IA))(f为锐钛矿质量百分数;IR为金红石(110)晶面的衍射峰相对强度;IA为锐钛矿(101)晶面的衍射峰相对强度)计算混晶TiO2中锐钛矿与金红石含量,结果如表1所示。Ni掺杂后衍射峰强度降低,半峰宽增大,表明晶粒得到细化,值得注意的是,当热处理温度为600 ℃时,金红石平均晶粒尺寸先减小后增大,可能是Ni2+置换TiO2晶格中Ti4+离子,后经相互作用形成Ti-O-Ni键,阻止晶粒的生长[22];而在5%Ni-TiO2时,有新相NiTiO3生成,NiTiO3促进了金红石的TiO2形核,因此Ni含量过高促进了TiO2晶粒长大[1]。表1 热处理后样品晶体结构和平均晶粒尺寸Table 1 Crystal structure and average grain size of the samples after heat treatment Sintering temperature Sample D/nm Phase composition 400 ℃ 纯TiO2 16.1 A 400 ℃ 0.5%Ni-TiO2 15.0 A 400 ℃ 1%Ni-TiO2 14.0 A 400 ℃ 3%Ni-TiO2 13.1 A 400 ℃ 5%Ni-TiO2 13.9 A 500 ℃ 纯TiO2 18.9 A 500 ℃ 0.5%Ni-TiO2 17.9 A 500 ℃ 1%Ni-TiO2 15.4 A 500 ℃ 3%Ni-TiO2 13.9 A 500 ℃ 5%Ni-TiO2 13.4 A 600 ℃ 纯TiO2 A(29.0)/R(47.0) A(23.2%)/R(76.8%) 600 ℃ 0.5%Ni-TiO2 A(27.4)/R(42.6) A(66.7%)/R(33.3%) 600 ℃ 1%Ni-TiO2 A(27.5)/R(40.6) A(78.7%)/R(21.3%) 600 ℃ 3%Ni-TiO2 A(21.8)/R(31.2) A(90.1%)/R(9.9%) 600 ℃ 5%Ni-TiO2 A(21.1)/R(35.5) A(80.4%)/R(19.6%)
图3为600 ℃热处理后纯TiO2(a、b)与5%Ni-TiO2(c、d)的SEM照片,图3(a)、(c)为放大倍数为1万倍,难以发现样品形貌有明显区别,(b)、(d)放大倍数为20万倍,图3(b)中可见样品表面粗糙,颗粒分布不均,团聚体尺寸大小不一,颗粒尺寸较大的是由金红石组成,而较小的则为锐钛矿组成[23]。图3(d)可以观察到5%Ni-TiO2相较于纯TiO2颗粒尺寸分布更加均匀,尺寸较小,大约在20 nm左右。3 结论
【参考文献】：
期刊论文
[1]可见光下掺Fe3+A-TiO2粉体对茜素红的催化降解[J]. 张一兵,吴婷. 化学研究与应用. 2019(05)
[2]Zn掺杂浓度对Zn-TiO2相变的影响[J]. 冯威,朱晓东,裴玲秀,易倩,文桂岚. 热加工工艺. 2018(14)
[3]煅烧温度对铽掺杂纳米二氧化钛及光学性能的影响[J]. 黄凤萍,辛萌,崔梦丽,郭宇煜,丁力. 化学研究与应用. 2017(11)
[4]用于钙钛矿太阳能电池光阳极的TiO2/ZnTiO3复合物的制备与性能[J]. 徐艳,张翁晶,胡木林. 材料导报. 2016(20)
[5]ZnO异质复合对纳米TiO2晶型转变和晶粒生长的影响[J]. 王志义,史献峰,崔作林. 硅酸盐学报. 2006(09)
[6]Cr3+掺杂纳米TiO2结构相变及光谱特征[J]. 刘昭麟,崔作林,张志焜. 功能材料. 2005(09)
本文编号：3477334
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