TiO_2微波碳热合成纳米TiC及其转化过程研究

以TiO_2和纳米炭黑为原料,机械干法混合后,在Ar气氛下微波碳热合成纳米TiC。合成产物通过XRD和SEM进行表征,研究了TiO_2粒径、反应温度、保温时间对微波碳热合成纳米TiC物相、显微形貌和TiO_2自身转化率的影响。实验结果表明,微波碳热还原合成纳米TiC经1300℃保温40 min和1400℃保温30 min可使TiO_2充分反应,且粒径为40 nm的TiO_2的转化率可达到98.2%,合成的TiC粒度分布均匀,平均粒径约小于100 nm。此外,根据固相扩散机制对不同反应温度下两种粒径TiO_2转化率随时间的变化进行了Avrami方程拟合,并绘制了两种粒径TiO_2的转化曲线,为TiO_2与纳米炭黑微波合成纳米TiC提供理论参考。     

高温水解溶剂热法合成纳米TiO2及其光催化性能研究

以钛酸丁酯为前驱体,在丙酮、吡啶和乙醇的混合溶剂中,采用高温水解溶剂热法合成了纳米TiO₂粉体。XRD和TEM分析结果表明,纳米TiO₂的平均晶粒尺寸约为11nm,分散性好,是纯单相锐钛矿型。经不同温度煅烧处理后可知,当煅烧温度低于等于800℃时,该纳米TiO₂都能保持单一的锐钛矿相,具有高的热稳定性;当煅烧温度低于等于600℃时,煅烧温度对该纳米TiO₂光催化性能的影响较小,都具有优良的光催化活性。     

表面活性剂对TiO2纳米粒子形貌和结晶性的影响

二氧化钛(TiO₂)半导体材料因优异的光电性能在太阳能电池、发光二极管和紫外探测器等光电器件领域得到广泛应用，引入表面活性剂制备的TiO₂纳米粒子具有更好的光电性能。采用低成本的油酸作为表面活性剂，通过溶剂热法在较低的反应温度下得到了具有高结晶性和窄尺寸分布的TiO₂纳米粒子，其粒径分布在10～11nm之间且纳米粒子的形状均一，具有优异的分散性能。热重分析表明500℃时油酸已完全分离，有利于TiO₂纳米粒子在光电器件中的应用。     

NCDs/TiO2复合材料的制备及其在太阳光下催化制氢的应用

采用溶剂热法, 以乙腈为溶剂和葡萄糖为原料制备了粒径约4 nm的氮掺杂碳量子点NCDs。当激发波长从330 nm增加到470 nm, NCDs水溶液发射光谱出现红移。随后, 将一定配比的NCDs、TiO₂及5 mL超纯水超声混合60 min, 并在80℃烘箱内陈化24 h, NCDs纳米颗粒成功地复合到TiO₂(TiO₂)表面。该方法有效地拓宽了TiO₂吸收光谱的范围, 并且减少了光生电子和空穴对, 从而增强了TiO₂的光催化制氢性能。实验结果表明: 投料比为m(NCDs):m(TiO₂)=15:85时, 以甲醇为牺牲剂的反应体系光催化制氢效果最好, 该复合材料具有一定的稳定性, 循环三次使用后仍然有一定的光催化制氢性能。     

SiO2-TiO2 复合微粒的研究

通过溶胶法制备了18nm 和40nm 两种粒径均匀、单分散的SiO₂2TiO₂ 复合微粒, 确定了最佳合成条件。电镜照片显示, 水和TiO₂ 粒子接枝于SiO₂ 粒子表面, 成针状向外生长。对包覆过程、复合纳米粉末煅烧行为、表面改性的研究表明, 1100℃～ 1200℃TiO₂ 由锐钛型向金红石型转变, SiO₂ 的鳞石英晶型也开始形成。甲醇改性的TS纳米粉末能较好的再分散于乙醇中。      

Bi@Bi4Ti3O12/TiO2等离子体复合纤维的制备及增强可见光催化性能

以电纺TiO₂纳米纤维为基质和反应物、乙二醇为还原剂,采用溶剂热法原位合成了新型Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂等离子体复合纤维。利用XRD、SEM、高倍透射电子显微镜（HRTEM）、XPS、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光致发光图谱（PL）等分析测试手段研究了Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的结构和性能。结果表明:当反应温度低于210℃时,Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的Bi₄Ti₃O₁₂纳米片随反应温度升高逐渐缩小、增厚,且有金属Bi纳米粒子生成;当反应温度高于210℃时,Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的纳米片发生堆积、变形、表面金属Bi被氧化成Bi₂O₃。反应温度对Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂等离子体复合纤维的形貌和物相组成有重要影响;Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维对罗丹明B表现出优异的光催化活性,可见光照5 h其降解率达97.8%。Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维光催化性能提高归结于Bi₄Ti₃O₁₂与TiO₂间形成异质结、金属Bi等离子体共振效应及等离子体共振效应与异质结的协同作用。      

合成工艺对固相法制备高四方性纯钛酸钡粉体的影响

钛酸钡是一种重要的功能陶瓷材料,因具有优异的电学性能而被广泛应用于多层陶瓷电容器(MLCC)等电子元器件。本研究以碳酸钡和二氧化钛为原料,采用固相法制备形貌均匀且四方性高的BaTiO₃粉体,系统研究了合成工艺(合成温度、升温速率和保温时间)对BaTiO₃粉体的影响。通过TG/DTA、XRD和SEM等测试手段对BaTiO₃粉体进行表征,结果表明：合成温度主要影响BaTiO₃粉体的四方性,保温时间和升温速率主要影响BaTiO₃粉体的粒径和粒度分布;原材料经过90 r/min球磨24 h后,在合成温度1050℃、升温速率5℃/min和保温时间3 h的条件下,制备了平均粒径为400 nm、四方性(c/a)为1.009 1的形貌均匀的BaTiO₃粉体。本工作为固相法制备高可靠性MLCC用纯BaTiO₃粉体提供了良好的研究思路。     

SiC对反应烧结多孔Al2TiO5的物相及组织性能影响

本研究以γ-AlOOH、TiO₂和SiC为原料, 通过无压反应烧结制备了Al₂TiO₅多孔材料, 分析比较了SiC粒度和含量对合成产物的物相组成、显微组织、抗压强度、孔隙率和孔径分布的影响。结果表明: 反应产物的物相组成为Al₂TiO₅、Al₆Si2O₁₃、TiC、SiO₂和Al₂O₃, 还有少量未反应的TiO₂。SiC与TiO₂反应生成TiC和SiO₂, TiC颗粒弥散分布于多孔材料壁面或者骨架中, 而SiO₂进一步与γ-AlOOH分解出的Al2O3反应生成Al₆Si₂O₁₃晶须, 晶须交错分布于Al₂TiO₅颗粒之间或者孔洞中, 与TiC颗粒一起提高复合材料的抗压强度, 特别是采用小粒径SiC时, 对抗压强度的改善效果更加显著; 添加大粒径SiC后, 改变原有颗粒堆积状态, 可提高复合材料的孔隙率。但当SiC含量超过5wt%时, 因为生成较多低熔点的SiO₂, 部分填充于多孔材料的孔隙中, 部分则分布于Al₂TiO₅晶粒之间, 既减小孔隙率, 又降低晶粒间结合强度和试样的抗压强度。     

具有高活性(001)晶面的TiO2纳米方块的制备及光催化性能

采用水热法制备了尺寸为70~100 nm, 具有高活性(001)晶面的锐钛矿相TiO₂纳米方块, 利用FE-SEM、TEM、XRD和UV-Vis DRS等手段对催化剂结构和光吸收性能进行分析, 同时考察了水热反应温度和溶液pH对TiO₂形貌和(001)晶面暴露率的影响。以酸性红染料为目标污染物, 对催化剂的光催化活性进行研究。实验结果表明, 合成TiO₂纳米方块的最佳条件为水热温度180℃、溶液pH=4~5。(001)晶面的光催化活性优于(101)晶面, 具有33%(001)晶面暴露率的TiO₂纳米方块的光催化活性是普通TiO₂的1.6倍。     

碳热还原氮化法结合泡沫前驱体制备超细氮化铝粉体

本研究使用改良的碳热还原氮化法合成超细氮化铝粉体。以γ氧化铝和蔗糖作为铝源和碳源, 先预处理制备成多孔泡沫, 再通过碳热还原氮化法合成氮化铝粉体。反应过程和产物通过X射线衍射分析、SEM和TEM确定。X射线衍射分析表明整个反应过程不存在氧化铝的相转变。高分辨透射电子显微镜显示γ-Al₂O₃颗粒被无定型碳包裹, 从而抑制了γ-Al₂O₃到α-Al₂O₃的相转变。泡沫的多孔结构促进了氮气的扩散和反应副产物的释放, 使得最低反应温度降低至1450 ℃。SEM结果表明得到的氮化铝颗粒粒径大约为50 nm。本研究合成的氮化铝粉体可用于制备高热导氮化铝陶瓷。     

Characterization of A12O3, A12O3 + TiO2 Powder Mixture, and Coatings Prepared by Plasma Spraying

A1₂O₃ and its mixture with 3 wt% Ti0₂ powders were prepared by fusion and crushing methods. Al₂O₃ + 13 wt% TiO₂ and A1₂O₃ + 40 wt% TiO₂ powders were mixtures of fused AI₂O₃ + 3 wt% TiO₂ and 10 wt% and 37 wt% of TiO₂respectively. Chemical analysis of the powders showed that: approximately 1 wt% of impurities were present in each powder. True and tap densities were measured and are discussed for all powders. Powder size study showed narrow range of distribution of particle size in each powder. SEM study showed that the particles were in round and other irregular shapes in all the powders. A1₂O₃ was found to be in alpha phase and TiO₂ in rutile phase. All the powders were coated by plasma spraying at 16 kW. The density of the coatings were measured and are discussed. In the coatings, A1₂O₃ was in both alpha and gamma phases. In A1₂O₃ + 13 wt% TiO₂ and A1₂O₃ + 40 wt% TiO₂ coatings, the oxygen reduction from TiO₂ was observed.     

均匀沉淀法制备核-壳型TiO2@SbxSn1-xO2及其导电性能

以尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀法包覆改性TiO₂,制备了核壳型TiO₂@Sb_xSn_1-xO₂（ATO）复合导电粉体,利用SEM、EDS、HRTEM、XRD、XPS、顺磁波谱仪（EPR）、FTIR及激光粒度仪（LPSA）等对其进行表征,并对其导电性的主要影响条件进行了研究及分析,提出了均匀沉淀包覆及反应机制。研究表明,反应温度为92℃时,尿素与金属阳离子摩尔比为10∶1的情况下,OH-释放量及释放速率适中,引入SO₄2-作为催化剂,降低金属阳离子成核能垒,且SO₄2-与Cl-最佳摩尔比为1∶25时,所得产品的纳米Sb_xSn_1-xO₂（ATO）壳层在TiO₂表面包覆均匀连续完整,其厚度约为15 nm。当包覆完全时,随着Sb掺杂量增加,复合粉体电阻率降低,Sn与Sb摩尔比达到12∶1时,再增加Sb含量,其电阻率不变。最优制备条件下,复合粉体电阻率值为7.5 Ωcm,导电性能良好。      

微波法快速制备高稳定性纳米羟基磷灰石

以Ca(NO₃)₂·4H₂O和(NH₄)₂HPO₄为前驱物,采用微波法快速制备出由30nm左右的小颗粒自组装成短捧状的纳米羟基磷灰石粉末,并分析了其自组装的原因。采用XRD,IR,TG-DTA,TEM对其进行了测试,并探讨了不同的微波辐射时间、微波功率、低温煅烧对羟基磷灰石粉体的热稳定性的影响。研究结果证实:随微波辐射反应溶液时间的延长,HAP的热稳定性提高,微波辐射反应溶液的最佳时间是1h;随微波功率的升高,HAP的热稳定性提高;微波辐射反应溶液时间为1h、微波功率为700W、500℃保温HAP3h,HAP在1200℃稳定存在。     

Polyol method for the preparation of nanosized Gd2O3, boehmite and other oxides

A modified microwave-assisted polyol method was applied to prepare nanoparticulate ceramic powders of different oxides, i.e. Gd₂O₃, AlO(OH) (boehmite) and TiO₂. Due to the good dielectric properties of the utilised solvents, such as ethylene glycol, diethylene glycol and 1,4 butanediol, a significant decrease in reaction time was achieved under microwave heating. In the case of AlO(OH) and Gd₂O₃, <5 nm primary particle size were obtained. Boehmite was found to be intercalated with the solvent. The general applicability of the process is shown and the advantages in terms of properties and processibility are described. The powders thus prepared were investigated using X-ray diffractometry, electron microscopy and physisorption.     

超声辅助溶胶-凝胶法制备中空纤维TiO2超滤膜

TiO₂膜具有亲水性强和热化学稳定性好等优点而用于超滤分离, 但是TiO₂膜以管式膜为主, 渗透通量低且制备周期长。为了提高TiO₂膜的渗透通量, 并缩短膜的制备周期, 本工作以钛酸四丁酯为前驱体, 采用超声辅助溶胶-凝胶法制备高通量的中空纤维负载型TiO₂超滤膜。系统考察了硝酸与钛酸四丁酯的摩尔比(酸钛比)、超声时间和煅烧温度对TiO₂溶胶粒径及膜截留性能的影响。结果表明：当酸钛比为0.25时, 溶胶的平均粒径为3252 nm, 采用超声处理30 s后, 平均粒径减小至1817 nm。采用超声后的溶胶循环涂膜并在350 ℃煅烧两次后可得到完整无缺陷的中空纤维TiO₂超滤膜, 膜层平均厚度为1 μm, 膜的纯水渗透通量为145 L·m^-2·h^-1·bar^-1(1 bar=0.1 MPa), 葡聚糖截留分子量为2586 Da, 对应的平均孔径为2.5 nm。     

水热法合成陶瓷LaPO4的微波介电性能

通过水热法和固相反应法制备了LaPO₄粉体, 分别在1030~1340℃和1300~1460℃范围内对粉体进行了烧结, 得到了LaPO₄陶瓷, 研究对比了两种方法得到的陶瓷的烧结行为和微波介电性能。结果表明: 和固相法相比, 水热法得到的陶瓷由于粉体粒径小更易于烧结, 微波介电性能更优;在1260℃条件下烧结2 h得到的水热法陶瓷具有最好的微波介电性能: 介电常数为10.2, Q×f值为129704 GHz (f = 10.2 GHz), 谐振频率温度系数值为-58.6 ppm/℃;水热法陶瓷的Q×f值为固相法的2.47倍, 烧结温度比固相法低140℃。     

爆温对气相爆轰合成纳米TiO2结构和性能的影响

采用气相爆轰法制备纳米TiO₂粉末, 并研究爆温对样品的结构和性能的影响。使用XRD、TEM及甲基橙溶液降解来表征样品的结构与性能。结果表明: 爆温对样品中金红石相含量有一定影响,在爆温为2524 K时, 金红石相含量达到最大值92.2%; 爆温对样品的平均粒径有重大影响, 爆温与样品的平均粒径呈线性关系, 爆温越高, 样品的平均粒径越大,当爆温由2399 K提高到3114 K时,平均粒径由87.2 nm提高到172.9 nm; 爆温对样品的光催化性有着间接影响, 爆温越高, 样品的平均粒径越大, 光催化效能降低。当爆温为2399 K时, 制备样品的平均粒径为87.24 nm, 锐钛矿比例为31.7%, 光催化活性最高, 在紫外光下40 min甲基橙溶液降解率为90.82%, 反应速率常数k为0.062。     

PTFE促发TiC陶瓷粉体低温固相合成研究

在Ti-C体系中引入PTFE(聚四氟乙烯树脂)作为反应促进剂, 实现了TiC粉体的低温固相合成。分别利用热分析仪、X-射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜, 测定了体系的反应温度, 表征了生成物的物相和微观形貌, 并对其反应过程和反应机理进行了分析。结果表明: 当添加3wt% PTFE时, 能够在530℃通过燃烧合成制备平均粒径小于100 nm的TiC陶瓷粉体, 接近于利用Scherrer 公式取XRD最强衍射峰计算出的平均晶粒尺寸81 nm, 可以推测所合成的TiC颗粒为单晶颗粒。燃烧合成过程分为两个步骤: 首先, 在低温下PTFE和Ti发生反应并释放出大量的热; 然后, 诱发Ti和C的固相反应生成TiC。     

Formation of Mg–Al–Ti/MgO composite via reduction of TiO2

This paper investigates the possibility of reduction of TiO₂ through the mechanical alloying of Mg and TiO₂ powders. Elemental Mg and Al powders were first mixed with TiO₂ according to the nominal composition of Mg5wt.%–Al17.15wt.%–TiO₂. The powder mixture was mechanically milled in a planetary ball mill for different durations. Two types of DSC curves have been observed. The unmilled powders showed no reaction when heated to about 500 °C, while an exothermic reaction in the mechanically milled powders was observed at about 390 °C. Further investigation of the heat treatment of the mechanically milled powders showed the complete disappearance of TiO₂ and the formation of MgAl₂O₄ after annealing at 400 °C, implying that reduction of TiO₂ has occurred via the mechanical activation and annealing processes.     

共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜

中空纤维陶瓷膜具有装填密度高, 传质阻力低, 使用寿命长等优点, 被广泛用于膜分离领域。高度非对称结构的中空纤维膜有利于同时实现高通量与高截留率, 本研究采用共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜, 内外层纺丝液分别掺杂平均粒径为1 μm和300 nm的α-Al₂O₃粉体。系统考察了内层纺丝液TiO₂掺杂量、外层纺丝液Al₂O₃/聚醚砜(PESf)质量比和煅烧温度对膜的结构与性能的影响。结果表明, 在内层纺丝液TiO₂掺杂量为2wt%, 外层纺丝液Al₂O₃/PESf质量比为5.60, 烧结温度为1350 ℃的最优条件下, 中空纤维膜断裂负荷为24 N、平均孔径为0.15 μm、去油率为97.5%。