二氧化钛从锐钛矿到金红石的局域原子结构及其拉曼光谱研究
发布时间：2021-09-01 08:49
二氧化钛广泛应用于光催化和清洁能源领域,相比其他半导体,由于其具有无毒、稳定性好等优势,越来越引起人们的重视。在自然界中,Ti02主要有金红石和锐钛矿两种结构,其中锐钛矿相常用于作催化剂,金红石相则常用于化妆品和工业涂料等领域。在高温下锐钛矿结构将不可逆地转变成金红石结构。但其结构相变的发生没有确定的转变温度,相变过程中原子的局域配位、重构等特征仍未明确,这是理解从锐钛矿到金红石的结构相变的微观机理的关键环节。本文将以溶胶凝胶法制备的Ti02颗粒为研究对象,利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪,并结合原子对分布函数技术系统研究了Ti02凝胶颗粒从锐钛矿向金红石转变过程中的晶粒尺寸、相含量等晶体学参数的变化规律、拉曼光谱的变化特征,以及相变过程中Ti06八面体的局域原子配位特征。主要结果如下:（1）X射线衍射的定量分析表明,用溶胶-凝胶法制备的TiO2经6 h烧结后,锐钛矿的临界尺寸约为73 nm,其相变的起始转变温度为528℃,相变范围为528-805℃。（2）电子衍射的原子对分布函数分析结果表明:①在200℃时凝胶颗粒中就已形成Ti06八面体,但这些八面体...
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：47 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｔｉ０２两种晶型的结构示意图（ａ）锐饫矿（ｂ）金红石??
啤５鄙战嵛露雀哂冢罚埃埃牎悖檬保?渚Я３叽缭迹崳?为７３?ｎｍ。烧结温度高于５００?°Ｃ时金红石的相含量逐渐增加。根据Ｂａｎｆｉｅｌｄ测量临界尺寸??的方法，样品的临界尺寸约为３８ｎｍ（６０（ＴＣ，?８．３％金红石，图３－ｌｂ中的Ｇｒｉｂｂ法）。显然，??该临界值被严重高估了，因为Ａ—Ｒ的初始转变温度在５００－６００°Ｃ范围内，故由Ｇｒｉｂｂ法得??到的临界尺寸应小于３８?ｎｍ。为了从有限的实验数据点精确地确定锐钛矿晶粒尺寸的临界??大小，本文利用五参数ｌｏｇｉｓｔｉｃ函数对实验数据进行拟合。该函数在生物学和医学上都有??广泛用。??ｙｉｘ）＝Ａ－＋１＾７＾?（３＂°??其中Ａ—和Ａ＿是上下渐近点，Ｘｅ是ｙ／２值的Ｘ，ｈ是增长率，ｓ是控制因子。假设Ｘ??射线衍射能探测到２％的金红石，根据五参数ｌｏｇｉｓｔｉｃ函数拟合结果，那么起始转变温度为??５２８°Ｃ对应的临界尺寸为２４?ｎｍ?（图３－ｌｂ中的Ｆｉｔｔｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ）。该值与热力学分析得到的??圆柱形纳米线（２９ｎｍ）的临界值接近，但与Ｇｒｉｂｂ和Ｂａｎｆｉｅｌｄ的报道（１３ｎｍ）有很大偏差。??而锐钛矿的热力学稳定性主要取决于临界尺寸，当其晶粒尺寸大于临界值时，锐钛矿就会??开始转化为金红石。因此，锐钛矿的最大尺寸可能更适合描述这种热力学稳定性。而如果??样品的结晶不均匀
Я５淖畲蟪叽纾?舷陆ソ?叻直鹞?担?福牐睿砗停崳?７３ｎｍ。因此，本文认为溶胶凝胶法可用于制备小粒径的锐钛矿纳米晶体。图３－２ａ为２００°Ｃ??样品的ＴＥＭ暗场像。其中，明亮的颗粒为锐钛矿纳米颗粒，约为５ｎｍ。图３－２ｂ为７００°Ｃ??时的ＴＥＭ明场像，锐钛矿的晶粒尺寸小于７３?ｎｍ。说明锐钛矿晶粒尺寸可以稳定到最大值??（图３－ｌｂ中标记为“最大值”）。用五参数ｌｏｇｉｓｔｉｃ拟合实验数据能很好地确定锐钛矿的??临界尺寸，本文还建议用锐钛矿的最大尺寸来描述其结构稳定性。??３．３．２从锐钛矿到金红石转变过程中的熔融状态??ＸＲＤ实验表明，６００°Ｃ（起始过渡样品，８．３％金红石）锐钛矿的晶粒尺寸为３８ｎｍ，而新??生金红石试样的晶粒尺寸大于１００?ｎｍ。锐钛矿和金红石之间晶粒尺寸的巨大差异表明金红??石的生长将是一个快速的过程｜５１１。??图３－３?ＳＥＭ下ＴｉＯ：显微结构特征。⑶顆粒状锐钛矿晶粒（５００?°Ｃ＞；?（ｂ）块状金红石晶粒（１０（）（）°Ｃ）；红??色箭头处为大块物体周围出现的棱状孔隙；（ｃ－ｄ）块状物体嵌入到小颗粒中（７００?°Ｃ）；?（ｅ）类似熔融过程特??征的放大图。??图３－３ａ和ｂ分别为锐钛矿（５００?°Ｃ）和金红石（１０００?°Ｃ）相的ＳＥＭ形貌。锐钛矿相为颗粒??状的物体，尺寸约为６０?ｎｍ；金红石晶体为块状物体，晶粒尺寸约为２５?ｐｍ?（锐钛矿的几十??倍）。７００?°Ｃ时，金红石的相含量可达４２％，此时锐钛矿和金红石相都可以很容易地从ＳＥＭ??中观察到（图３－３ｃ－ｅ）。仔细观察可以发现和变样品有两种典型特征：（１
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温下Fe73Cu1.5Nd3Si13.5B9非晶合金结构演化的原位X射线研究[J]. 徐涛,李工,高云鹏,戚力,景勤,马明臻,刘日平. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2008(04)
[2]颗粒尺度对纳米材料相变的影响[J]. 郑茂盛,赵更申,周根树. 稀有金属材料与工程. 1996(01)
本文编号：3376671
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：47 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ｔｉ０２两种晶型的结构示意图（ａ）锐饫矿（ｂ）金红石??
啤５鄙战嵛露雀哂冢罚埃埃牎悖檬保?渚Я３叽缭迹崳?为７３?ｎｍ。烧结温度高于５００?°Ｃ时金红石的相含量逐渐增加。根据Ｂａｎｆｉｅｌｄ测量临界尺寸??的方法，样品的临界尺寸约为３８ｎｍ（６０（ＴＣ，?８．３％金红石，图３－ｌｂ中的Ｇｒｉｂｂ法）。显然，??该临界值被严重高估了，因为Ａ—Ｒ的初始转变温度在５００－６００°Ｃ范围内，故由Ｇｒｉｂｂ法得??到的临界尺寸应小于３８?ｎｍ。为了从有限的实验数据点精确地确定锐钛矿晶粒尺寸的临界??大小，本文利用五参数ｌｏｇｉｓｔｉｃ函数对实验数据进行拟合。该函数在生物学和医学上都有??广泛用。??ｙｉｘ）＝Ａ－＋１＾７＾?（３＂°??其中Ａ—和Ａ＿是上下渐近点，Ｘｅ是ｙ／２值的Ｘ，ｈ是增长率，ｓ是控制因子。假设Ｘ??射线衍射能探测到２％的金红石，根据五参数ｌｏｇｉｓｔｉｃ函数拟合结果，那么起始转变温度为??５２８°Ｃ对应的临界尺寸为２４?ｎｍ?（图３－ｌｂ中的Ｆｉｔｔｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ）。该值与热力学分析得到的??圆柱形纳米线（２９ｎｍ）的临界值接近，但与Ｇｒｉｂｂ和Ｂａｎｆｉｅｌｄ的报道（１３ｎｍ）有很大偏差。??而锐钛矿的热力学稳定性主要取决于临界尺寸，当其晶粒尺寸大于临界值时，锐钛矿就会??开始转化为金红石。因此，锐钛矿的最大尺寸可能更适合描述这种热力学稳定性。而如果??样品的结晶不均匀
Я５淖畲蟪叽纾?舷陆ソ?叻直鹞?担?福牐睿砗停崳?７３ｎｍ。因此，本文认为溶胶凝胶法可用于制备小粒径的锐钛矿纳米晶体。图３－２ａ为２００°Ｃ??样品的ＴＥＭ暗场像。其中，明亮的颗粒为锐钛矿纳米颗粒，约为５ｎｍ。图３－２ｂ为７００°Ｃ??时的ＴＥＭ明场像，锐钛矿的晶粒尺寸小于７３?ｎｍ。说明锐钛矿晶粒尺寸可以稳定到最大值??（图３－ｌｂ中标记为“最大值”）。用五参数ｌｏｇｉｓｔｉｃ拟合实验数据能很好地确定锐钛矿的??临界尺寸，本文还建议用锐钛矿的最大尺寸来描述其结构稳定性。??３．３．２从锐钛矿到金红石转变过程中的熔融状态??ＸＲＤ实验表明，６００°Ｃ（起始过渡样品，８．３％金红石）锐钛矿的晶粒尺寸为３８ｎｍ，而新??生金红石试样的晶粒尺寸大于１００?ｎｍ。锐钛矿和金红石之间晶粒尺寸的巨大差异表明金红??石的生长将是一个快速的过程｜５１１。??图３－３?ＳＥＭ下ＴｉＯ：显微结构特征。⑶顆粒状锐钛矿晶粒（５００?°Ｃ＞；?（ｂ）块状金红石晶粒（１０（）（）°Ｃ）；红??色箭头处为大块物体周围出现的棱状孔隙；（ｃ－ｄ）块状物体嵌入到小颗粒中（７００?°Ｃ）；?（ｅ）类似熔融过程特??征的放大图。??图３－３ａ和ｂ分别为锐钛矿（５００?°Ｃ）和金红石（１０００?°Ｃ）相的ＳＥＭ形貌。锐钛矿相为颗粒??状的物体，尺寸约为６０?ｎｍ；金红石晶体为块状物体，晶粒尺寸约为２５?ｐｍ?（锐钛矿的几十??倍）。７００?°Ｃ时，金红石的相含量可达４２％，此时锐钛矿和金红石相都可以很容易地从ＳＥＭ??中观察到（图３－３ｃ－ｅ）。仔细观察可以发现和变样品有两种典型特征：（１
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温下Fe73Cu1.5Nd3Si13.5B9非晶合金结构演化的原位X射线研究[J]. 徐涛,李工,高云鹏,戚力,景勤,马明臻,刘日平. 中国科学（G辑:物理学 力学 天文学）. 2008(04)
[2]颗粒尺度对纳米材料相变的影响[J]. 郑茂盛,赵更申,周根树. 稀有金属材料与工程. 1996(01)
本文编号：3376671
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3376671.html
最近更新
教材专著
