1、納米TiO2粉末的結構表征： X射線衍射、透射電鏡 及高溫Raman光譜分析,TiO2有五種晶體結構：金紅石型、銳鈦礦型、板鈦礦型、 TiO2-、 TiO2 -,金紅石型TiO2最穩(wěn)定，即使在高溫也不發(fā)生分解和轉化,銳鈦礦型和板鈦礦型在一定溫度范圍內不可逆地轉變?yōu)榻鸺t石型。,實驗研究必要性,納米TiO2的某些性能與其結構密切相關。,銳鈦礦型TiO2具有較高的光催化活性，是由于銳鈦礦相的費米能級比金紅石型的高0.1ev。 含有少量金紅石相的銳鈦礦型TiO2較純銳鈦礦相顯示出更高的的活性?？赡芘c混晶TiO2形成了復雜的（包覆的或耦合的）非均勻結構有關。,因此，對納米TiO2的晶體結構進行詳細的研究

2、十分必要。,實驗研究必要性,采用化學沉淀-膠溶-絮凝法，以偏鈦酸H2TiO3、H2O2和濃氨水為反應物，在冰水浴中攪拌，出現澄清黃綠色溶膠后，加入表面活性劑，靜置數小時便得到凝膠。然后用蒸餾水洗滌至中性，抽濾，再置于烘箱中加熱至80-120烘干。干凝膠粉碎后于500-750煅燒，便得到白色的銳鈦礦型納米TiO2粉末。,納米TiO2粉末制備,X射線衍射分析 投射電鏡 拉曼光譜,常規(guī)：將試樣加熱至不同溫度退火后，再在室溫下測定其Raman光譜。,創(chuàng)新點：高溫Raman光譜儀可以從室溫到高溫對納米TiO2進行原位研究，并能提供有關納米TiO2高溫結構轉變和高溫狀態(tài)的真實信息。,實驗表征方法,X射線衍

3、射分析確定納米TiO2的相結構。以Si為標樣，通過譜線寬化分析，由Scherrer公式計算納米粉末平均晶粒大小。,投射電子顯微鏡觀察TiO2粒子的形貌并進行選區(qū)衍射，對其結構進行分析。樣品制備：先將少量TiO2粉末溶于無水乙醇中，超聲波振蕩5-10min，用滴管吸取一滴懸浮液滴至富有碳膜的銅網上，然后置于TEM下觀察。,Raman光譜儀對TiO2粉末從25到高溫1200進行原位Raman光譜測定。,實驗表征,K為Scherrer常數； 為X射線波長； 為積分半高寬度； 為衍射角,X射線衍射分析,圖中各衍射峰對應的晶面間距d的實測值與PDF卡片比對，表明所制備的TiO2是銳鈦礦型結構。 通過對（

4、101）、（004）、（200）3條衍射峰的寬化分析，得到粉末的平均晶粒尺寸約為22nm。,實驗分析,TEM觀察,實驗分析,自制納米TiO2粉末呈不規(guī)則顆粒狀，顆粒尺寸約分布在15-28nm范圍內，圖2是TiO2粉末的TEM明場相和選區(qū)衍射花樣。對選區(qū)衍射花樣分析表明，衍射環(huán)由內向外依次對應為銳鈦礦相的（101）（004）（200）（105）和（211）衍射晶面。,高溫Raman光譜,實驗分析,(a)顯示了一個位于144cm-1的強峰，3個分別位于397cm-1、512cm-1和640cm-1處的中等強度以及一個位于195cm-1的弱峰。與銳鈦礦相的Raman振蕩模基本一致，這進一步表明納米T

5、iO2粉末是銳鈦礦相。,從25-1200對TiO2粉末試樣進行Raman光譜測定，見圖3.從圖中可看出，溫度較低時，銳鈦礦相的Raman特征清晰可見，隨著溫度繼續(xù)升高，Raman譜峰逐漸降低寬化乃至消失，而僅有幾個寬寬的凸起，這似乎類似于非晶的Raman光譜的特點。,將粉末試樣從1200冷卻至室溫后再測，則顯示出金紅石相的Raman特征譜峰，而銳鈦礦相的Raman特征譜峰完全消失，見圖3(g)。這可能是由于隨著溫度升高，Ti-O鍵的鍵長和鍵角分布變寬，可受激越遷的粒子數減少，導致高溫下Raman信號明顯減弱，而無可分辨的Raman特征譜峰。,高溫Raman光譜,實驗分析,一般地，隨著退火溫度升

6、高，納米TiO2的晶粒逐漸長大，其Raman特征譜線紅移并變窄。但是實驗所測的高溫Raman光譜表現了幾乎相反的結果。如表1所示，隨溫度升高，144cm-1和197cm-1譜峰向高頻藍移，640cm-1譜峰向低頻紅移。而且144cm-1譜峰也逐漸寬化。,將同一批納米TiO2粉末在400、600、900和950分別保溫30min后空冷至室溫，再用高溫Raman光譜儀進行測量。如圖4所示，Raman譜峰表現為銳鈦礦相特征，譜峰的位置和144cm-1峰的線寬幾乎不隨退火溫度變化。,有研究表明Raman譜峰的位置和半高寬主要受氧空位和聲子限域效應的影響。當納米TiO2的晶粒尺寸大于20nm時，Rama

7、n光譜線幾乎不隨晶粒長大而改變。,本實驗所用的納米TiO2是在空氣中經高溫煅燒后制得，初始晶粒約為22nm，在退火過程中晶粒進一步長大，所以氧空位和晶粒尺寸的變化對Raman線性的影響可以忽略。這樣就證實了高溫Raman光譜中存在明顯的溫度效應，導致了Raman線性的異常變化，而且沒有特征譜線紅移。,高溫Raman光譜對比分析結果,采用沉淀-膠溶-絮凝法，以偏鈦酸為反應物，制備出銳鈦礦型納米TiO2粉末。用X衍射技術，透射電鏡和高溫Raman光譜對其進行表征。并且采用高溫Raman光譜儀對納米TiO2從25-1200進行了原位研究。溫度較低時，銳鈦礦相的Raman譜峰明顯可見，由于高溫下Raman信號減弱，隨著溫度升高，Raman特征譜峰逐漸減弱以至于全部消失，僅顯示出幾個寬寬的凸起。同時，高溫Raman光譜存在明顯的溫度效應，因而導致了隨測試溫度的升高，144cm-1和196cm-1譜峰