D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2006.02.035 第28卷第2期 北京科技大学学报 Vol.28 No.2 2006年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2006 溶胶-凝胶自燃合成掺杂纳米二氧化钛的相变 刘中清葛昌纯周艳平 北京科技大学特种陶瓷粉末治金研究室，北京100083 摘要以TiCL为前驱体，采用溶胶-凝胶自燃合成的方法制备了同时掺杂Ce3+,Fe3+,Za2+的 纳米TO2粉体.用X光衍射法对粉体的相组成进行了表征，用正交试验研究方法考察了Fe/Ce、. (Fe+C)/Ti、柠檬酸/Ti(物质的量的比)、煅烧温度、煅烧时间等对产物相组成的影响.结果表明， 柠檬酸/Ti,煅烧温度，(Fe+Ce)/Ti对产物相组成具有显著影响. 关键词溶胶-凝胶自燃烧法；二氧化钛；纳米粉末；相变 分类号0614.4 TO2具有金红石、锐钛矿、板钛矿型三种晶 了同时掺杂Ce3,Fe3+,Zn2+的TiO2纳米粒子， 体结构.用作光催化剂的主要是金红石型和锐钛 运用正交试验的方法系统研究了Fe/Ce、(Fe+ 矿型，其组成结构的基本单位都是TO6八面体， Ce)/Ti、柠檬酸/Ti(物质的量的比)、粉体煅烧温 差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互连接 度、煅烧时间等对产物的相组成影响及各因数的 的方式不同1).TiO2不同的晶相组成对光催化 主次关系 活性具有重要影响.TO2纳米晶的相变受制备 方法、摻杂离子种类、掺杂量、热处理温度和时间 1实验部分 等的影响[23].张玉红等4)研究了掺杂Fe3+, 1.1溶胶-凝胶低温燃烧合成纳米Ti02 Si+,V的+，Ru3+,N2+的纳米TiO2的相变和晶粒 实验所用试剂主要有TiCL4,C6HgO,·2O, 长大，结果表明掺杂Fe3+或Si4+能提高锐钛矿向 Ce(NO3)3·6H2O,Fe（NO3)3·9HO, 金红石转变的相变温度并能抑制晶粒长大；岳林 Zn(NO3)9H2O,NH4NO3,HNO3,NH·H2O,均 海等$]研究了稀土掺杂TO2的相变及光催化活 为分析纯.采用的工艺流程见图1.用AgNO3检 性；杨萍等[6]采用了溶胶-凝胶法同时掺杂Fe3+, 验洗涤后C的去除情况.采用正交试验法组织 Eu3+制备纳米TiO2粉体，并采用光电化学的方 实验，实验所用的因素水平表见表1.表1中未列 法表征了该粉体的光催化性能，发现摻杂1% 的技术条件如前驱体pH值、自燃合成的升温速 Fe3+,0.5%Eu3+(原子分数)的纳米TiO2具有协 率等固定不变.实验中采用的正交试验安排表如 同效应；间鹏飞[]等采用水热法掺杂Fe+制备纳 表2所示 米TiO2,结果表明在不同pH值条件下，可制得不 TiCl, 硝酸 同相组成的纳米TiO2粉体， 溶解 目前，制备掺杂纳米TO2的方法有溶胶-凝 水解 柠檬酸，硝酸盐、氨水 胶法、共沉淀法、水热法和微波法[89).其中，采用 水合Ti0 溶胶制备 自燃合成 溶胶一凝胶法自燃合成可以使掺杂物质达到分子 级均匀，燃烧产出物即为最终产物，不需再洗涤干 蒸发 洗涤 纳米T0 燥，因此产品分散性好、纯度高.本文以TCL4为 凝胶 前驱体，采用溶胶-凝胶自燃合成（简称SAS)制备 图1SAS合成撸杂纳米TO2工艺流程 Flg.I Flow sheet of preparing doped titania nanoparticles by 收稿日期：2004-10-10修回日期：2004-11-12 SAS 作者简介：刘中清(1968-一)，男，工程师，博士研究生：葛昌纯 (1934一).男，教授，中国科学院院士第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 幼 。 。 。 溶胶一凝胶 自燃合成掺杂纳米二氧化钦的相变 刘 中清 葛昌纯 周艳 平 北京科技大学特种陶瓷粉末冶金研究室 ， 北京 摘 要 以 队 为前驱体 ， 采用溶胶一 凝胶 自燃合成的方法制备了同时掺杂 ， ， 十 的 纳米 粉体 用 光衍射法对粉体的相组成进行 了表征 、 用正 交试验研 究方法考察 了 、 十 、 柠檬酸 物质的量的比 、 锻烧温度 、 锻烧时间等对产物相组成 的影 响 结果表 明 ， 柠檬酸 ， 缎烧温度 ， 对产物相组成具有显著影 响 关键词 溶胶一 凝胶 自燃烧法 二氧化钦 纳米粉末 相变 分类号 具 有 金 红 石 、 锐 钦矿 、 板 钦矿 型 三 种 晶 体结构 用 作光 催化剂 的主要是 金红石 型和锐钦 矿型 ， 其组成结构的基 本单位 都是 氏 八 面体 ， 差别在于八 面体的畸变程度和八面体 间相互连接 的方式不 同〔 ‘ 不 同的 晶 相组 成对 光 催 化 活性具有重要 影 响 纳 米 晶 的相 变受制备 方法 、 掺杂离子 种类 、 掺杂量 、 热处理温 度和 时间 等的影 响 一 张 玉 红 等 研 究 了 掺 杂 十 ， ， ， ‘ ， ‘ 的纳米 的相变和 晶粒 长大 ， 结果表明掺杂 十 或 干 能提 高锐钦矿 向 金红石转变的相 变温 度并 能抑 制 晶粒 长 大 岳 林 海等川研 究 了稀土 掺 杂 的相变及 光 催化 活 性 杨萍等 采用了溶胶一凝胶法 同时掺杂 护 十 ， 护 十 制备纳 米 粉体 ， 并采 用 光 电化学 的方 法 表 征 了该 粉 体 的光 催 化 性 能 ， 发 现 掺 杂 十 ， ” 原子分数 的纳米 具有协 同效应 闰鹏飞 等采用水热法掺杂 制备纳 米 ， 结果表 明在不 同 值条件下 ， 可制得 不 同相组成 的纳米 粉体 目前 ， 制备掺杂纳米 的方法有溶胶一 凝 胶法 、 共沉淀法 、 水热法和微波法 〔 川 其中 ， 采用 溶胶一凝胶法 自燃合成可 以 使掺 杂物 质达到 分子 级均匀 ， 燃烧产 出物即为最终产物 ， 不需再洗涤干 燥 ， 因此 产 品分散性 好 、 纯 度高 本 文 以 从为 前驱体 ， 采用溶胶一凝胶 自燃合成 简称 制备 了同时掺杂 ” 十 ， ， 矛 十 的 纳 米粒 子 ， 运用正 交 试 验 的方法 系 统 研 究 了 、 、 柠檬酸 物质 的量 的 比 、 粉体锻 烧温 度 、 缎烧时间等对产物 的相组 成 影 响及 各因数 的 主次关 系 实验部分 溶胶一凝胶低温燃烧合成纳米 ‘仇 实验所 用试 剂 主 要 有 玩 ， 蛛 · 从， 场 · 玩 ， 场 · 姚 ， 马 · ， 执 几 ， 场 ， 比 · 从 ， 均 为分析纯 采用 的工艺流程见 图 用 场 检 验洗涤后 一 的去 除情 况 采用正 交试验法组织 实验 ， 实验所用的因素水平表见表 表 中未列 的技术条件如前驱 体 值 、 自燃 合 成 的升温 速 率等固定不变 实验 中采用 的正 交试验安排表 如 表 所示 硝酸 凝胶 溶解 水解 溶胶制备 燕发 洗涤 图 合成掺杂纳米 场 工艺流程 收稿 日期 一 一 修回 日期 一 一 作者简介 刘 中清 一 ， 男 ， 工 程 师 ， 博士 研 究 生 葛 昌纯 一 ， 男 教授 ， 中国科学院院士 代 州 脚刃 川 勿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2006．02．035