1、二氧化钛纳米粒子的表面修饰及表征2005 年第 l2 期广东化工WWW17二氧化钛纳米粒子的表面修饰及表征李洪斌,杨先(1.武警广州指挥学院训练部,广东广州 510440;2.云南省大理,kl,I 下关三中,云南大理 671000)摘要本文利用溶胶一凝胶法制备了 6 一氨基己酸修饰的 rl1i0:纳米粒子,并对所得产物进行 FT?IR,uVVis,XRD 和 TEM 表征,结果证明所得产物表面包覆有有机层,产物的粒径范围为5060nm,颗粒形状为球形,品型主要为锐钛矿型.在醇溶胶中,产物对紫外光的吸收性能大大提高.关键词 二氧化钛 ;纳米粒子 :溶胶凝胶;表面修饰SurfaceModifica
2、tionandStructuralCharacterizati0nofTitaniumDioxideNanoparticlesLiHongbin,YangXian(1.GuangzhouCommandCollegeofArmedPoliceForce,Guangzhou510440;2.TheThirdMiddleSchoolofXiaguan,Dali671000,China)Abstract:Surfacemodifiedtitaniumdioxidenanoparticlesweresynthesizedviasolgelmethod.Thestructureofthenanoparti
3、cleswasmesuratedbyFTIR.UVVis.XRDandTEM.Theresultsconfirmedtheexistenceoftheorganiclay-er.Theaveragediameterofthenanoparticleswasabout5060nm,thesharpwasglobal,thecrystalstructulewasanatase.TheabsorptionofUVwasimprovedinthesoloftitaniumdioxide.Keywords:titaniumdioxide;nanoparticles;solgel;surfacemodif
4、ication纳米粒子由于其独特的性能,引起了人们极大的兴趣.但由于纳米粒子具有极大的比表面积和比表面能,在制备和后处理过程中容易发生粒子的团聚.为此,近年来发展了许多方法,如 LB 膜,囊泡法:,表面修饰等.特别是表面修饰法,可以用来制备纳米尺寸上高度有序的无机一有机复合材料.rio,作为一种化合物半导体,具有广泛的应用前景.其制备方法有:溶胶一凝胶法,沉淀法,气相法等.二氧化钛有三种晶体结构,即锐钛矿(anatase),金红石(rutile)和板钛矿(brookite)三种晶体结构.锐钛矿和金红石型的 TiO,在催化,力学,电学,介电,磁学,光学以及热学性能上具有很好的应用价值“J.对于
5、TiO,纳米粒子的包覆,人们研究最多的是用 CdS 来包覆 TiO,纳米粒子,形成 TiO2/CdS 复合纳米粒子 .董俊等以 TiC1,SiC1 为原料通过气相燃烧法成功合成出 TiO 一 SiO2,TiO:一 SnO 纳米复合粒子,并研究了它们的形貌和结构特征,但用有机物包覆 TiO,纳米材料的研究不是很多.本文以四氯化钛(TiC1)为原料,通过溶胶.凝胶法制备了 6 一氨基己酸修饰的 TiO,纳米粒子.通过表面有机修饰层的包覆,有效地阻止了纳米粒子颗粒的长大和团聚,所得修饰过的纳米粒子能够稳定地分散于多种有机溶剂中.最后对所得产物进行 FTIR,uV.Vis,XRD 和 TEM 表征 .
6、l 实验部分实验中所采用的四氯化钛为化学纯,6 一氨基己酸为生化试剂,实验用水为蒸馏水,其它试剂为分析纯.取 0.002molTiC1 溶于 80mL 的乙醇,溶液呈淡黄色,向其中加入 0.02mol 的 6.氨基己酸剧烈搅拌,然后加热至沸腾,再滴加 0,03mol 的蒸馏水,继续搅拌 8h 后,得 TiO:溶胶,用旋转蒸发蒸于溶剂得白色粉末,用无水乙醇彻底淋洗,真空干燥可得产物 6 一氨基己酸修饰的 TiO(TiO2 一 NH2).TiO2 合成方法同上.所得产物的红外分析是在 BioRadFTS 一 165 傅立叶变换红外仪上用 KBr 压片法进行;紫外分析是在 HitachiU 一 30
7、10紫外一可见分光光度计上进行;粉末衍射是在 RIGAKUD/max2200vpcX.Ray(CuK0.154nm)上进行;用 TECNAI 一 20 透射收稿日期20051008作者简介 李洪斌 (1977 一), 男(彝族),云南永仁县人,硕士,主要从事环境科学研究.18广东化工WWW2005 年第 12 期电镜测定粒子的形状及大小.2 结果与讨论2.1FT-IR 分析图 1 所示为 TiO(a),6-氨基已酸修饰的 TiO(b)和 6.氮基已酸(C) 的红外吸收光谱.图 la 中,1621cm 处的吸收峰对应于 TiO 中残留的.OH 吸收峰;9l3cm 处的吸收峰对应于 Ti.0 的伸
8、缩振动.图 1C 中,2933cm 和 2859em 处的吸收峰是由 N-H 和 c.H 伸缩振动而引起的;1628cm 和1541cm 处的吸收峰对应为 NH 的变形振动;1654cm 处的吸收峰是由于背景水的吸收引起的;1565cm 和1391cm 处的吸收峰是由 COO 一的不对称振动和对称振动引起的.与图 1C 相比,N.H 和 c.H 伸缩振动吸收峰仍然存在,COO 一的不对称吸收峰移至 1622cm 处,对称吸峰移至 1402em 处;l527cm 处的吸收峰是由 NH3+变形振动引起的(TiO 中少量 H 作用);1263cm 处的吸收峰对应于 C.O.Ti 的弯曲振动 16;7
9、93cm 及 630cm 处的吸收峰是 Ti.O 伸缩振动引起的.Nakamoto.Kf 认为,羧酸根离子与金属离子之间的络合有以下三种可能形式:MO/OMO,cRM,cR,C 一R0M 一a 单齿结构 b 螯合结构 c 桥式结构在单齿结构中,C=O 的振动峰与 COO 一的不对称振动峰(1J.=1549em)相比,位于更高波数上;C.O 的振动峰与COO的对称峰(1J=1412cm)相比,则位于低波数处.而在螯合结构中,情况与单齿结构情况正好相反.由图 1b 可以看出,6.氨基已酸与钛离子是以单齿方式结合的.2.2UV 分析图 2 所示为 TiO 溶胶的 UV 图.从图 2a 可看出 TiO
10、 溶胶的吸收峰在 360nm 以内,而 6.氨基已酸修饰的 TiO 溶胶的吸收峰则红移到 540nm 左右,由此可见,修饰过后的 TiO,对紫外光的吸收大大增强.2.3XRD 分析图 3 所示为 6-氨基已酸修饰的 TiO 纳米粒子的 x 射线粉末衍射图.最强峰位于 20=25.06 处,这代表的是锐钛矿型 TiO 晶体中的(101) 晶面 ,从图 4 中半峰宽可计算出 TiO纳米粒子的颗粒大小为 5060nm.2.4TEM图 4 所示为样品的 TEM 图.从图 4a 可看出未修饰的TiO 粒子为无定型,粒径大小约为 10nm,而图 4b 则是 6-氨基已酸所修饰的 TiO 纳米粒子,其颗粒呈
11、球形,粒径约为50nm 左右,这与 XRD 分析结果一致.Wavelength/nm图 2TiO2(a)和 TiO2?NH2(b)溶胶的紫外-可见吸收光谱图 1TiO:纳米粒子(a)表面修饰的 TiO:纳米粒子(b);图 3 表面修饰的 TiO:纳米粒子的 XRD 图谱6-氨基己酸的红外吸收光谱(c)a图 4 样品 TiO(a)和有机修饰的 TiO(b)的 TEM 图b0 日 0002005 年第 12 期广WWW.东化工gdehem.tom193 结论利用溶胶一凝胶法制备了 6 一氨基己酸所修饰的 TiO 纳米粒子,产物可稳定分散于多种有机溶剂,通过 FT-IR,证实了产物表面有机层的存在;
12、通过 XRD 和 TEM,确定的粒子的大小为 5060rim,形状为球形,其晶型主要为锐钛矿型.参考文献1张立德,牟季美 .纳米材料和纳米结构M.北京:科学出版社.2001.2YiK.C,FendlerJH.Template.directedsemiconductorsizequantizationatmonolayerwaterinterfacesandbetweentheheadgroupsofLangmuirBlodgettfilmsJ.Angmuir,1990,6;15191521.3YoichiI,RyojiT,MitsunobuI,HiroakiT.S.MechanismofFor
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