TiO2半导体纳米复合材料XRD分析.docx

TiO2 纳米复合材料 XRD 分析i- 引言纳米结构TiO2由于具有化学性能稳定、价格低廉等优点在光催化、光解水及 太阳能电池等领域应用广泛，如图10早在二十世纪初期，TiO?因具有增白、加亮 等特点而广泛应用于油漆、涂料、化妆品、牙膏、药膏等商业化领域，并在 某些 国家一度被认为是衡量生活质量的产品T102主要來源丁•钛铁矿、金红石、锐钛 矿和白钛石，储量丰富、价格低廉二十世纪初，商业化应用的 Ti02 最早 通过提 炼钛铁矿得到铁和钛铁合金，进一步精炼得到TiO2，并于1918年在挪威、美国和徳 国实现了工业化生产图ITiO2应用领域T102 存在三种晶型：金红石型、锐钛矿型利板钛矿型晶体，如图 2在一定⑻ （b）图2 TiO?的三种晶体结构：⑻金红石,（b）锐钛矿，（c）板钛矿温度下， Ti02 晶型之间可以转变，其晶型转变相图，如图 3一般而言，锐钛矿 T102的光催化活性比金红石型HO?耍高，其原因在于：（1）金红石型HO?有较小的禁带宽度(锐钛矿H0?的禁带宽度为3.2 eV金红石型H0?的禁带宽度为3.0 eV)其较 正的导带阻碍了氧气的还原反应；(2)锐钛矿型 TiO2 晶格中有较 多的缺陷和位错， 从而产生较多的氧空位来捕获电子，而金红石型TiO2是T1O2三种晶型中最稳定的 晶型结构，具有较好的晶化态，缺陷少，光生空穴和电子在 实际反应中极易复合， 催化活性受到很大的影响：(3)金红石型Ti。

光催化活性低，同时还与高温处理过 程中粒子大量烧结引起比表而积的急剧下降有关TiO2-II (a-Pb()2 form)a.k.a. SrilankiteAnatase-200 0 200 400 600 800 1000 1200CC)图 3TiO2 晶型转变相图本文首先以金红石型为例计算其消光系数和结构因子，结合我最近的实验结果分析TiO?及其复合物的XRD表征结果2.金红石型TH》结构及XRD谱图特征baoQ%O O图4⑻金红石晶胞结构,(b)金红石晶胞垂直于(001)面的剖面图金纤石屈于四方晶系，空间群P兰nm•晶胞参数a =0.4S9 nmA c =0・？96 nm m oo 其结构如图 4离子坐标 Ti"为 000, 1/21/21/2； O?-为 u u 0, (l-u)(l-u) 0,(l/2+u)(l/2-u)l/2, (l/2-u)(l/2+u)l/2o 不同金红石型化合物的 u 值不同，金红石 的 u 为 0.31金红石 TiO2 的结构因子为：忌=昭+瑞=工毎严心后)+工 2 用+恥)h t k *1)jh+k+i=A(1+ e2

图5是P25(80%锐钛矿 相和 20%金红石相)的 XRD 谱图,从金红石相 X 喲线衍射峰上看, (001)、(003)、(005)的 衍射 峰P2580%Anatase 20%Rutile40 50 Two-Theta (deg)40X1 宀(2unoQ)APSUoa-3000 -2000(004) (103). , .(112)开 2M2T2> ⑵3)(型⑴6)(2(301)(11(|21-127A> Ruble. s>n •巴〉图 5 P25 的 XRD 谱图(211)"02件3 TiO2/GO 和 Ag/TiO2/rGO 复合物 XRD 分析制备方法：石墨烯氧化物(GO)由改进的Hummers方法制得，浓H2SO4aNaNO?和KMnO4氧化石墨粉得到墨绿色粘稠物，然后加入去离子水和出2得到 4金黄色沉淀，后经离心、清洗、干燥得到GO粉末；TIO/GO由水热法制得，将TUSOA 超声分散于 0.5 mg/mL 的 GO 水溶液中， 160C 下水热 9 h 后经离心、清 洗、干燥得到 TiO/GO 粉末： Ag/TiO2/rGO 是在 TiOjGO 基础上采用紫外光辅助 还原 法将 AgNOs 还原为 Ag 并负载于 TiOz/GO 上，同时将 GO 还原为 rGO 最终得 到 Ag/7iO2/rGO 三组分复合材料。

图6为GO、T1O2/G0和Ag/TiO/rGO的XRD谱图a)图为冇墨与GO的XRD谱 图，石墨在 26.38 54.54处出现两个特征衍射峰，这个两个分别是石墨图6石蟄与GO, (b)TQ3与不同Ag含量的Ag/TiO"石墨烯的XRD谱图 而衍射峰根据布拉格衍射方程 2dsin0= n 入和石墨与 GO 的(002)面衍射峰数据， 可以计算出石墨与GO的层间距分别为0.34 nm与0.84 nm,由此可见GO的层 间距 远大于石墨，这是因为经过氧化后，GO中含有大量含氧官能团使得层间距迅速增 大，这将有利于 GO 在溶液中的分散以及制备 TiCh/GO 时 TiO2 在 GO 表而 的生 长b)为TiO2/GO以及不同Ag含星的AgTG样品的XRD谱图TiO2在25.28 37.8048.0553.8962.12出现五个特征的衍射峰，分别属于TiO2的 (101)、(004)、(200)、(105)、与(213)面衍射峰这些衍射峰分别为都与锐钛矿 型 TiO2 标准卡片相对应，说明我们实验中利用水热合成法制备的 TiO2 纳米颗粒 为锐 钛矿型，并且根据谢乐公式D=KA/BcosO和TiO2在25.28。

处(101)面衍射峰，我们 可以得到TiO2晶粒尺寸约为10 nm,而且反应后混合的GO和Ag并没有对7102的结 晶性能产生大的改变此外,Ag在38.1744.2864.4377.47出现四个特 征的衍射峰,分别为Ag的(Ml) .(200).(220)A(311®衍射峰其中Ag(lll)和1102(004)的 的衍射峰在37.80说明Ag成功的负载在TiO2/GO ±, Iflj且 并没有大的影响 TiO2/GO 的结晶性能在 TiOz/GO 以及 AgTG 的 XRD 谱图中，都 没有观测到 GO 或 者 RGO 的特征衍射峰，可能是由于「02 纳米颗粒无规则地负 载到 GO 或者 RGO 的片层结构中，打破了原有的层层堆垛结构，因此代表 GO 或 者 RGO 晶体结构特 征的 XRD 衍射峰也随之消失。