纳米tio2的xrd谱图分析2.doc

化学化工学院材料化学专业实验报告 实验名称：纳米 TiO 2 的 XRD 谱图分析 年级： 2010级 日期： 2012年 9月 12日 姓名： 学号： 一、预习部分 (一)XRD介绍 1、 关于XRDXRD即X-ray diffraction 的缩写，X射线衍射，通过对材料进行X射线衍 射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等 信息的研究手段 X射线是一种波长很短(约为20～0.06埃)的电磁波，能穿透一定厚度的物质， 并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离在用电子束轰击金属“靶” 产生的X射线中,包含与靶中各种元素对应的具有特定波长的X射线，称为特征 （或标识）X射线X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主 要有连续 X 射线和特征 X 射线两种晶体可被用作 X 光的光栅，这些很大 数目的原子或离子/分子所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而影 响散射的 X 射线的强度增强或减弱 由于大量原子散射波的叠加，互相干 涉而产生最大强度的光束称为 X 射线的衍射线。

满足衍射条件，可应用布 拉格公式：2dsinθ=nλ 应用已知波长的 X射线来测量 θ 角，从而计算出晶面间距 d，这是用 于 X射线结构分析；另一个是应用已知 d 的晶体来测量 θ 角，从而计算出 特征 X射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素 2、X 射线衍射相分析方法 定性分析原理 根据衍射数据 d hkl 和值 I值，将数据按强度 I/I 1 归一化处理根据 d hkl 测得的和相对强度 I/ I 1 与国际粉末衍射标准联合会 (JCPDS) 收集发行的 粉末衍射图谱集卡片相对照，符合者可以断定这个未知样品就是卡片上注明 了结构和名称的物质 定量分析 （1）单线条法（外标法、直接对比法）：测量混合样品中欲测相（ A 相） 某根衍射线的强度并与纯 A 相同一条强度对比，既可定出 A相在混合样品 中的相对含量 A 相的质量分数： W A =I A /(I A ) 0（2）内标法：分析谱图，确定待测试样中含有的多个物相，根据各相的质 量吸收系数不同，先完成工作曲线，确定混合物中的不同组分的含量，根据 工作曲线则可以测得其中组分的含量 X射线衍射可以得到的信息 （1）结晶度的测定 结晶度，即结晶的完整程度。

结晶完整的晶体，晶粒较大，内部原子的 排列比较规则，衍射谱线强、尖锐而且对称，衍射峰的半高宽接近仪器本身 的自然宽度；结晶差的晶体，主要是由于晶粒过于细小，晶体中有位错等缺 陷，是使衍射峰形宽阔而弥散；结晶度愈差，衍射能力越弱，衍射峰越宽， 直至消失在背景之中，故非晶态的试样的 XRD 图谱没有衍射峰 2）晶粒 尺寸的测定 D=K•λ/(β •cosθ) K:谢乐常数；λ ：入射线波长； β ：衍射峰半高宽或衍射峰积分强度 ,单位为弧度；θ ：衍射角 该晶粒尺寸测量值，仅代表晶粒沿试样法线方向的尺寸 （3）晶面的择优取向生长晶面的择优取向生长：试样中的晶粒显著倾向于某一晶体学方向称为 择优取向；对于强解理的物质，可以发现择优取向； 方法：根据该物质的标准卡片， In/I0 是固定的，但是如果实际测试 的结果与 In/I0不同（一般是变大），则相应的晶面发生了择优取向 （2）纳米二氧化钛介绍 1、制法二氧化钛，化学式为 TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能 靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业二氧化钛可 由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到二氧化钛性质稳定，大量 用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白 会变黑；它又具有锌白一样的持久性。

二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以 产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面纳米 TiO2制法有 TIC／4 氢氧火焰水解法 ，但成本高，TiCh 气相氧 化法，尚在实验室界段、钛醇盐气相水解法，用 N2 或空气作载气，得非晶 形 TiChl0～150nnl颗粒 ，此表面积 50-300M2 ，该法能耗低 ，可连续 生产 ，然生产较复杂、钛酸酯气相分解法，载气为水蒸汽 ，分解于 250～350℃ ，停留 0．1s～10s，流速 l0～1000mm／s，例钛酸四丁酯分 解成纳米 Ti02 2、用途 2．1 节 能2．1．1 太 阳能利用 随着我国高速发展 ，耗能源 日益增加，2004 年我国耗油 3亿 t 中 进 口原油及成品油、燃料油 占 60．88％，支出外汇 500 亿美元，占我国 外汇支出首位 ，今年国际原油价已达 65-70 美元／桶，预计支出外汇 520亿美元／年以上，今后耗油及支出外汇更多 【1j能源是经济发展的血 液，美国能耗占国民经济产值的 8％，而太阳能是取之不尽 ，用之不竭， 纳米 Ti02 的太阳能池，即为把太阳能转为电能服务于人类 【2J，染料敏化纳米 晶 “irch微粒膜太阳能电池为有机与无机物的复合体系，其工作电极为纳米 “rich晶半导体多孔膜 ，在薄膜的微孔中吸附单层有机染料分子作光敏剂。

2．1．2 绝热保温节能纳米 Ti 对波长 1．4～3prn 间红外线透过率只有 3％，比一般 防护 红外线效率高多倍 ，例纳米 于 PET 膜上用 瓜 灯照 20min 后内温为 44℃，而一般颜料级 Tihc 经同样处理后为 51℃利用纳米 Tihc 防红外 线，可作道路及汽车外壳等材料，使运输车箱于夏天 日晒下不会闷热，道 路不会软化，对冰箱、航空航天工具起保温节能作用 2．3 空气及污染气净化 2．4 杀菌消毒除臭 2．5 生活下水及工业污水处理 2．6 防雾及自清洁涂层 2．7 化妆品 2．8 作导电材料 2．9 高档环保涂层 2．10 隐形材料及其他 二、 实验部分 纳米TiO 2 的XRD 谱图分析内容：分别对 400 o 、500 o 和 600 o 下的 TiO 2 结晶 XRD 谱图进行分析， 判断 TiO 2 在不同温度下的结晶情况 由图分析得： （1）随着温度的增加峰的强度也在增加，特别600 o C 时，衍射谱线强、尖锐而且对称， 衍射峰的半高宽窄，所以可以得出：随着温度的增加，TiO 2 结晶度增加，物相也在趋 于一相； （2）随着温度的增加，衍射峰的半高宽窄，即半高宽 β 在变小，根据 D=0.89•λ/(β •cosθ)可 以得出：随着温度的增加晶粒在变大。

参照锐钛矿和金红石的PDF 卡片，对TiO 2 的结晶情况进行分析 锐钛矿的 PDF 卡片金红石的 PDF 卡片 由图分析：锐钛矿的特征峰出现在 2θ=25.325，37.841，48.074； 红金石的特征峰出现在 2θ=27.459，36.104，54.364与所测的试样 的图谱对比分析，可得：400 oC 时 TiO2 结晶谱图与锐钛矿的 PDF 卡片吻合，故 400 oC 时，TiO2 结晶为较纯的锐钛矿：500 oC 时部 分锐钛矿相开始转化为金红石相，600℃得到的为金红石相二氧化钛 其中含有很少量的锐钛矿。