钛酸盐功能材料的研究与应用

本文综述了钛酸盐功能材料的各种性质、合成方法及用途。指出关于新型钛酸盐产品的制备、新性能的发现及寻求新的应用领域是一项值得深入研究的课题。     

K0.8Fe0.8Ti1.2O4及其铵柱层状化合物的制备

制备了一种层状铁钛酸盐K0.8Fe0.8Ti1.2O4，这种层状化合物具有很高的热稳定性（分解温度超过1000℃）。透射电子显微镜（TEM）照片清晰地反映了其层状结构。采用离子交换法，首次制备了直链伯铵（n=6,8,10)柱层状铁钛酸盐。     

纳米结构钛酸盐电极快速测定水体COD

分析了纳米结构钛酸盐电极快速测定COD的基本原理及COD标准物质定值方法。通过对纳米结构钛酸盐表征分析,钠型钛酸盐电极具有较高的灵敏度,外加0.7 V工作电位,测定COD溶液标准物质的线性相关系数大于0.995,误差在±8%以内;与国标方法比较,测量同一水样的误差在±15%以内。纳米结构钛酸盐电极可用于测量水体COD。     

聚3-甲基噻吩及聚3-己基噻吩修饰钛酸盐纳米管的光电化学性能研究

采用水热法制备了钛酸盐纳米管, 并将钛酸盐纳米管制备成纳米结构电极进行光电化学研究. 钛酸盐纳米管产生阳极光电流, 具有n-型半导体特性. 结果表明, 聚3-甲基噻吩[poly(3-methylthiophene), PMeT]、聚3-己基噻吩[poly(3-hexylthiophene), P3HT]修饰钛酸盐纳米管后产生的光电流均较纯钛酸盐纳米管的光电流高, 且使产生光电流的波长向长波区移动. 钛酸盐纳米管/PMeT、钛酸盐纳米管/P3HT的光电转换效率分别达11.40%, 0.91%(未校正光子损失). 钛酸盐纳米管/PMeT的光电转换效率较钛酸盐纳米管/P3HT的光电转换效率高10.5%. 钛酸盐纳米管/PMeT、钛酸盐纳米管/P3HT中存在p-n异质结, 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离.     

微乳液法制备超细K2Ln2Ti3O10及其光催化活性研究

以钛酸四丁酯、氢氧化钾和镧系金属氧化物为原料。采用微乳液法制备了系列超细K2Ln2Ti3O10（Ln=La．Ce,Pr．Nd，Sm，Eu，Gd）光催化剂。并考察了其光催化活性。通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和紫外可见吸收光谱（UV—Vis）对其进行了表征。结果表明：用微乳液法制备催化剂可以在较低的温度下（900℃），用较短的烧结时间（3h）合成结晶度高、粒径较小（200Mm）的K2Ln2Ti3O10钙钛矿型层状结构化合物。催化剂在紫外光和可见光条件下均具有光催化降解甲基橙的活性。紫外光条件下可以明显提高光催化降解活性，降解率达到60％。     

焙烧处理下二氧化钛/钛酸盐纳米材料晶型和形貌的变化规律研究

通过调控酸碱浓度, 在水热条件下得到了金红石、锐钛矿、板钛矿、钛酸钠等一系列TiO₂/钛酸盐产物. 对上述TiO₂、酸洗处理后的钛酸盐等一系列不同晶型、不同形貌的样品进行焙烧处理, 系统性地研究焙烧温度的逐渐升高对产物晶型转变和形貌演化的规律性影响. 给出了水热酸碱浓度以及焙烧温度两个因素与TiO₂/钛酸盐纳米材料晶型和形貌变化行为关系的二维示意图. 依据奥斯特瓦尔德阶梯规则、经典热力学理论以及定向附着生长机理, 对TiO₂/钛酸产物的晶型晶体生长、晶型转变和形貌演化机理进行了探讨.     

RE2Ti2O7(RE=Gd,Y,Ho,Er)的结构、机械性能及热学性质的第一性原理研究(英文)

本文利用第一性原理和准谐近似的方法研究了一系列钛酸盐烧绿石,即RE₂Ti₂O₇（RE=Gd,Y,Ho,Er）的结构、机械性能及热学性质。研究结果表明,在基态下RE₂Ti₂O₇具有良好的抗压、抗剪切能力。并且,由于这些化合物的齐纳指数接近于1,可近似地看作各向同性材料。此外,计算得到的热膨胀系数在高温区与实验值符合得较好。在500~1 500 K温度区间内,平均热膨胀系数为（10.4~13.1）×10-6 K-1。基于Slack模型,我们还计算了这些材料的晶格热导率,当温度等于1 000 K时,这四种物质的热导率在区间（1.5~4.9）W·m-1·K-1内。     

[(n-C16-H33)N(CH3)3]2[TiF6]·2H2O的合成、结构和热稳定性

利用水热法在150℃合成了新的化合物六氟钛酸十六烷基三甲基胺二水合物([(n-C16H33)N(CH3)32[TiF6]·2H2O),并利用单晶X射线衍射技术解析了其结构,同时利用傅立叶变换红外光谱、元素分析及热分析技术加以佐证.该化合物由六氟钛酸根离子(TiF2-6)、水分子及十六烷基三甲基胺离子([(n-C16H33N(CH3)3]+)组成,属于单斜晶系,其空间群为C2/c.氢键在其构筑三维结构时起着重要的作用.     

La2-x-yMgTiO6:xDy3+,yEu3+白色荧光粉的 荧光性能及能量传递

采用高温固相法合成了La_(2-x)MgTiO_6∶xDy~(3+)和La_(2-x-y)MgTiO_6∶xDy~(3+),yEu~(3+)系列荧光粉,通过X射线衍射对其相结构进行了表征,优化了荧光粉的组成,研究了Dy~(3+)和Eu~(3+)浓度对发光强度的影响,测试了荧光粉的荧光光谱和寿命,研究了Dy~(3+)和Eu~(3+)之间的能量传递机理和能量传递效率。结果表明:所有合成的掺杂荧光粉均为单相物质;La_(2-x)MgTiO_6∶xDy~(3+)最佳掺杂浓度为x=0.05;在350 nm近紫外光激发下,La_(2-x-y)MgTiO_6∶xDy~(3+),yEu~(3+)显示出Dy~(3+)的特征黄、蓝光发射和Eu~(3+)的特征红光发射;Dy~(3+)的荧光寿命呈双指数衰减,随着Eu~(3+)浓度的增大,Dy~(3+)的荧光寿命逐渐减小,证明了Dy~(3+)和Eu~(3+)离子之间存在着能量传递;能量传递效率随着Eu~(3+)掺杂浓度的增加而增加,La_(1.83)MgTiO_6∶0.05Dy~(3+),0.12Eu~(3+)荧光粉的能量传递效率为53.9%;改变调节Eu~(3+)的掺杂浓度可以得到从冷白色到暖白色的荧光粉,La_(1.83)MgTiO_6∶0.05Dy~(3+),0.12Eu~(3+)的色坐标为(0.337 3,0.354 4)。     

由钛酸盐纳米带水热制备锐钛矿型TiO2纳米带

研究了水热处理具有层状结构的钛酸钠纳米带或钛酸纳米带转化为锐钛矿型TiO₂的制备过程、难易程度和相转化机理. 实验结果表明, 当水热反应温度和时间分别在160 ℃ 和24 h以内, 钛酸钠纳米带很难完全转化为锐钛矿型TiO₂, 若升高反应温度并延长反应时间, 则可制得纯的锐钛矿型TiO₂, 但纳米带形貌被严重破坏; 当水热反应温度和时间分别为160 ℃ 和16 h时, 1次酸洗的钛酸纳米带能够完全转化为锐钛矿型TiO₂, 若钛酸纳米带经过3次强酸浸泡, 则在160 ℃下相转化时间就会缩短到12 h, 所有钛酸纳米带在转化为TiO₂后的形貌仍为纳米带, 但经3次酸浸后生成的TiO₂纳米带表面更光滑. 讨论了钛酸钠纳米带或钛酸纳米带转化为锐钛矿型TiO₂的相转化机理.