摘 要摘 要目前， 纳米颗粒的表面设计、 组装是一个十分重要的研究方向本论文选择了常用的S i 0 2 - T i O 2 体 系， 对两种氧化物材料的表面复合、 组装进行了 一些探索性的研究主要创新性的结果如下:( 1 ) 制备了 不同 微观形态和涂层厚 度的 S i O 2 / T i O : 复合颗粒， 系统 研究了涂层厚度、 微观结构与复合颗粒性能的相互关系 采用 以硅酸四乙酷为原料的醇盐水解法在T i 0 2 核心颗粒上进行了不同微观形态和厚 度的S i 0 2 表面涂层结果表明:当S i 0 2 / T i O : 复合颗粒中 S i 0 : 负载量为9 . 3 3 % ( 叼时， 在 T i O : 表面形成一 层连续且 均匀的厚度为 1 . 5 n m涂层;当S i 0 2 / T i O 2 复 合颗粒中S i 0 2 负载量为2 5 . 1 9 % ( 劝时， 涂层厚度为4 . 0 m . S i 0 2 表面涂层是疏松、多孔的微观结构随着S i 0 2 / T i O : 复合颗粒中的S i 0 : 负载量增大， 复合颗粒的紫外吸收能力 会先增大后减小 当S i 0 2 / T i O 2 复合颗粒中S i 0 : 负 载量增加到9 . 3 3 % ( 劝时， 复 合颗粒的紫外吸收能力最强， 远大于纯T i 0 2 颗粒的紫外吸收能力。
随着 S i 0 2 / T i 0 : 复合颗粒中的 S i 0 : 负 载量增大，复合颗粒的光催化性能会迅速降 低， 但是当其增大到一定程度， 复合颗粒的 光催化性能降 低缓慢即使当 S i 0 : 负载量高 达 2 5 . 1 9 % ( 动时，S i 0 2 / T i O : 复合颗粒仍具有一定的光催化活性 2 ) 研发成功了一种借助微区反应制备表面涂层复合颗粒的新型方法: 将无机金属盐溶液以 特殊设计的喷头注入核心颗粒与碱性沉淀剂 ( 如N a H C 仇) 的混合溶液中， 在反应体系中引入了 一 个p H 值的突变微区， 使沉淀涂层反 应在微区中快速进行实验结果表明:沉淀涂层反应是在反应器的微区中进行的， 此方法具有室温操作、过程简单、成本低廉的优点采用这种微区反应方法制备了A l ( O H ) 3 / S i O : 表面涂层颗粒保持 S i 0 : 核心颗粒的总 表面积与沉淀生成速率之间的平衡是 A I ( O H ) 3 涂层得以在 S i 0 : 核心 颗粒上形成的必要条件在反应体系中无游离的 A 1 ( O H ) 3 出 现的情况下， A I ( O H ) 3 均匀涂层的最大厚 度为3 3 n mo( 3 )分别采用重力沉降法和垂 直沉积法 自组装制备 了 S i 0 : 胶体晶体。
研究了自组装过程中各实验条件对胶体晶体微观结构和光学性能的影响 本文首次提硅一 钦氧化物体系纳米材料的制备及复合功能化探索研究出了 千 燥温 度是 影响 重 力沉降 法自 组装 过 程的 关键因 素 之一 在 最 佳的 干 燥温 度3 2 3 K一 卜 得到的胶体晶体透射光谱吸收峰的最大衰减 比为 1 0 9 . 8 ， 远大于文献报道中采用自 然干燥得到的结果 垂直沉积法制备S i 仇胶体晶体的 速度较快 在一定范围内，胶体晶体厚度随悬浮液中 S i 0 : 颗粒浓度的增加而增大S i 0 2 胶体晶体中颗粒呈面心立方规则排列 4 ) 采用垂直沉降法自 组装制备 S i O 2 胶体晶体作为模板，制备了T i 0 : 有序大孔材料 研究了钦酸四丁酷填充溶液浓度和填充次数对 T i 0 2 有序材料微观结构的影响实验表明: 三次溶液填充后制备的 T i 仇 大孔材料中大孔呈规则排列大孔材料中，T i 0 2 主要以 锐钦矿的晶 型存在， T i 0 2 孔壁由平 均粒径约为3 0 n m的纳米颗粒组成， 大孔直径较S i O 2 颗粒直径( 2 7 0 n m ) 有一定 程度的收缩， 约为2 2 0 n m a( 5 ) 采用改 进的液 相沉积法: 钦源和氟源分别引入反应溶液， 对溶液中的 T 1 :F比例进行有目的的 调节， 制备 T i 0 2 纳米颗粒薄膜。
优化的实验条件为: T i C 1 4 浓度为0 . 0 3 m o l / L ; 氢氟酸与T i C 1 4 的浓度比 为2 : 1 4 : 1 ; 沉积温度为3 3 3 K ; p H值的范围2 . 22 . 5 实验表明:与 钦原子配位的 氟原子数目 是影响T i 仇薄膜微观形态的关键因素之一 T i 0 2 颗粒薄膜成膜速度较快，当 沉积时间为 2 . 0 h 时， T i 0 2 颗粒薄膜的厚度为 2 0 0 n m采用此方法制备的T i 0 2 薄膜为锐钦矿晶型关键词:二氧化硅，二氧化钦，表面涂层，液相沉积，胶体晶体Ab s t r a c t1 1 1S t u d y o n P r e p a r a t io n a n d P r o p e r t i e s o f C o mp o s i t e a n d F u n c t io n a lN a n o m a t e r i a l s i n T i t a n i a - S i l i c a S y s t e mL I Q u n y a n ( C h e m i c a l T e c h n o l o g y )D i r e c t e d b y P r o f e s s o r C H E N Y u n f aAb s t r a c tT h e s u r f a c e d e s i g n a n d a s s e m b l y o f n a n o p a r t i c l e s a r e a v e ry i m p o r t a n t a s p e c t i nn a n o ma t e r i a l s . T h e t i t a n i a - s i l i c a s y s t e m w a s c h o s e n a s t h e r e s e a r c h s y s t e m t o i n v e s t i g a t et h e s u r f a c e d e s i g n a n d a s s e m b l y o f n a n o p a r t i c l e s i n t h i s s y s t e m . T h e c r e a t i v e p o i n t s o f t h es t u d y w e r e as f o l l o w s :1 ) T h e s i l i c a / t i t a n i a c o a t e d p a rt i c l e s w e r e p r e p a r e d b y t h e h y d r o l y s i s o f t e t r a e t h y lo rt h o s i l i c a t e ( T E O S ) i n a q u e o u s e t h a n o l s o l u t i o n s w i t h a m m o n i a a s c a t a l y s t . T h emi c r o s t r u c t u r e a n d t h i c k n e s s e s o f c o a t i n g s w e r e c o n t r o l l e d t h r o u g h c h a n g i n g r e a c t i v ec o n d i t i o n s . T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e v a r i o u s c o a t i n g s a n d t h e p r o p e rt i e s o f c o a t e dp a rt i c l e s w a s s t u d i e d . T h e t h i c k n e s s o f s i l i c a c o a t i n g s o f t i t a n i a n a n o p a rt i c l e s w i t h s i l i c al o a d i n g 9 . 3 3 w t % w a s 1 . 5 n m a n d t h e t h i c k n e s s o f s i l i c a c o a t i n g s o f t i t a n i a n a n o p a rt i c l e sw i t h s i l i c a l o a d i n g 2 5 . 1 9 w t % w a s 4 .O n m. T h e s i l i c a c o a t i n g i s p o r o u s .T h e U V a b s o r b a n c e p e r f o r m a n c e s o f c o a t e d n a n o p a r t i c l e s i n c r e a s e d a n d t h e n d e c r e a s e dw i t h s i l i c a l o a d i n g i n c r e a s i n g . T h e c o a t e d n a n o p a r t i c l e s w i t h s i l i c a l o a d i n g 9 . 3 3 w t %e x h i b i t e d t h e b e s t U V a b s o r b a n c e p e r f o r m a n c e s . T h e p h o t o e a t a l y t i e a c t i v i t y o f c o a t e dn a n o p a rt i c l e s d e c r e a s e d s h a r p l y a n d t h e n s l o w l y w i t h t h e s i l i c a l o a d i n g i n c r e a s i n g . T h ec o a t e d n a n o p a rt i c l e s w i t h s i l i c a l o a d i n g 2 5 . 1 9 w t % s t i l l e x h i b i t e d a c e rt a i n p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y d u e t o t h e p o r o s i t y o f s i l ic a c o a t i n g s .2 ) A mi c r o - l o c a t i o n r e a c t i o n m e t h o d w a s s u c c e s s f u l l y d e v e l o p e d w i t h s o m e a d v a n t a g e si n c l u d i n g r o o m t e m p e r a t u r e r e a c t i o n , s i m p l e p r o c e s s , l o w c o s t a n d g o o d p o t e n t i a l i nc o n t r o l l a b l e m u l t i c o mp o n e n t c o 。
