分析了多态的纳米晶体通过x射线里特维德细化和高分辨率透射电子显微镜:乙醛分解

文摘

在这工作,纳米晶体是由溶胶-凝胶法合成的方法。这些材料在200年和退火C;并以XRD-Rietveld细化;通过押注和TEM。至于low-temperature-treated样本(C),纳米晶体的微晶尺寸小(7海里),高大量的锐钛矿和板钛矿相共存,。与此同时,样品退火C显示增加微晶尺寸(22 nm)和一个重要的多态增量。样品退火在C显示高活动光催化分解的乙醛。

1。介绍

“透明国际”是一种材料,广泛应用于电子、陶瓷、催化、和颜料行业由于其光学与光催化特性,这源于量子尺寸效应(1]。同样,钛已经成为一个非常重要的材料由于其应用于水净化等不同的过程;最近,空气污染物控制的气体在室内和室外环境,那里的紫外线是必要的能源光催化过程2- - - - - -4]。有三种类型的晶体结构:金红石、锐钛矿和板钛矿。金红石是唯一稳定的阶段,而锐钛矿和板钛矿几乎是亚稳态温度。如今,许多研究人员所面临的挑战,为了获得一种光催化材料,是控制以下Ti属性:微晶大小,anatase-rutile过渡,表面积、羟基化和热稳定性5]。根据一些研究,在低温下得到锐钛矿相,在350左右^°C,它是用于催化和工业应用6]。最近,板钛矿相的影响在Ti anatase-rutile过渡研究了纳米颗粒,板钛矿的比例取决于所使用的方法和条件(7]。例如,通过热解或水热合成,可以获得高温板钛矿,同样地,在一些作品中,钛板钛矿的作用分析了晶体的大小(8,9]。此外,Ti纳米晶体和anatase-rutile过渡阶段大大吸引了注意力,因为他们特殊的物理和化学特性在光催化应用程序;然而,这两个特征取决于制备方法(10- - - - - -12]。通过溶胶-凝胶方法,可以获得最小的Ti晶粒大小,这是一个基本属性执行the-near-visible紫外线光催化反应;这就是为什么Ti是一个非常有用的材料在不同的应用,如挥发性有机化合物的分解(挥发性有机化合物的仪器),气相氮氧化物(NOx) [13,14]。

这项工作的目的是合成的由溶胶-凝胶法制备纳米晶体,这些材料在200年和500年退火^°C,特点是XRD-Rietveld细化、氮吸附(BET)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)多态为他们的应用程序作为催化剂在乙醛光解作用通过原位微观反应photoassisted紫外线。

2。实验

溶胶-凝胶法的钛nanocrystal-catalysts准备如下:36.67毫升(IV)钛异丙醇盐(美国AldrichMo 99.9%)溶解在60毫升丙胺贝克(99.9%)。解决方案是在不断搅拌;然后,盐酸(贝克36.5卷。%在水中)添加调整反应介质pH值3。准备的水解(丙胺为溶剂)是通过添加18毫升再蒸馏的水(水/醇盐1:2的比例)。解决方案被保持在搅拌和回流到凝胶形成。后来,70干凝胶^°C 12小时;在200年和500年,然后退火^°C为4小时,分别,升温速率的20倍^°C /分钟。样本贴上-P200和钛-P500。

为了执行XRD, D500西门子铜管和K辐射1.5405操作35岁KeV和15马,是使用。的强度测定间隔从20^°到80年^°。完善每个光谱,里特维德分析教授被充分利用应用软件由罗德里格斯Carbajal [15]。里特维德细化的晶粒大小决定和谢勒方程(16]。表面积的测定是由氮气物理吸附的方式尽快- 2000的微粒学设备。高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)中执行JEOL jem - 2200 fs显微镜与Schottky-type场枪,在200千伏。0.19 nm的点决议;和信息的限制比0.10海里。介绍了数字图像获得使用CCD相机和Gatan数码显微照片。为了准备材料观察,粉样本超声分散在乙醇和支持多洞的碳涂层铜网格。从获得的显微图,计算出的平均粒径为表面/体积方程[17]。的光催化活性测试-P200、钛-P500样本和证人(德固赛P25)进行了实验设备在微观反应水平。石英电池用作photoreactor 365紫外灯(UVP-light-sources)强度100W /厘米²。测试是由使用乙醛(CCHO)的浓度300 ppmv;和2%的氧气。

3所示。结果与讨论

通过XRD和里特维德细化阶段和结构形成的样品测定使用单位细胞和已知(表空间组1)[18]。在溶胶-凝胶法钛催化剂,三个已知的二氧化钛阶段,锐钛矿(正方)金红石(单斜)和板钛矿(斜方晶系的),获得(图1)。透明国际的-P200样本少多态比Ti (anatase-brookite阶段)-P500样本(anatase-bookite-rutile阶段)。anatase-rutile过渡确定热处理的函数,一个明显的锐钛矿的比例在高温时的样品准备(Ti-P500);同样,只有在这个示例出现金红石相。关于Ti-P200样本,锐钛矿和板钛矿阶段与小水晶大小被发现,这将给特定的光催化性能,因为nanometric-crystal大小/阶段比例(图1)[19]。每个晶体结构的表征参数和平均晶粒度得到相应的里特维德细化。里特维德细化,Ti-P200样本显示下面的阶段组成:锐钛矿(62.88%)和板钛矿(37.1%);而在“透明国际”-P500样本,其相组成是锐钛矿(82.67%),板钛矿(14.9%),和金红石(2.43%)(表1)。根据这些结果,我们可以看到,水解度和pH值的处理使我们合成钛溶胶-凝胶方法锐钛矿在低温(200^°C)自锐钛矿相转换通过其他方法发生在450年^°C (5,19]。

锐钛矿和板钛矿中发现的-P200示例展示了一个非常小的微晶大小(海里);另一方面,Ti-P500示例显示一个小anatase-rutile过渡由于热处理(锐钛矿和金红石82.67% 2.43%),这表明小微晶的大小控制着anatase-rutile过渡及其稳定性;同样,合成方法使我们能够获得低温板钛矿(9]。根据张和班菲尔德,粒度相位稳定性起着重要的作用;例如,锐钛矿是热力学稳定在大小低于11海里;和板钛矿稳定晶体大小11至35 nm (20.]。众所周知,brookite-rutile转换比anatase-rutile转换快,哪里有影响与压力小锐钛矿微晶;这种情况下可以促进形成金红石核转变温度时间短;但在这个工作,即使在高温下,anatase-rutile过渡不发生;因此,可能,anatase-rutile过渡可以修改当晶粒尺寸足够小(表1),(图1)[21,22]。

policrystals的结构,平面间的距离,以及Ti-P200和钛-P500样本由HRTEM决定。数据2和3Ti介绍显示典型的图像-P200样本正方结构的形态特征。插图与快速傅里叶变换(FFT)或数字diffractrogram。衍射斑点对应晶面间的距离正方Ti的海里(锐钛矿相)。晶体粒度的分布如图4;晶体的平均毫微米大约是7海里;标准差是1.32海里;这些结果证实纳米钛的存在。

图5显示了Ti的形象-P500样品和相应的FFT。介绍了Ti的形象粒子被确认为锐钛矿相的晶带轴[112]。晶体的平均毫微米17海里。同样,图6显示了Ti的单晶的形象-P500样本,Ti的形态学特征正方结构,与锐钛矿相对应。Ti的形态纳米材料的晶带轴等轴的[010]。煅烧温度的影响在样品表面是非常重要的;例如,在Ti-P200示例中,这个值是三倍(189 m²/ g)对Ti-P500样本(60米²/ g)。还有一个影响晶体粒度,增加了一倍多sinterization过程的结果(表1)。

溶胶-凝胶的结构和形态属性显示乙醛催化剂可能与他们的活动分解。在透明国际的-P200样本,转化率高于95%获得了150分钟后,与此同时,Ti-P200样品到达附近的一个转换到70%在同一时间(图7)。重要的是要注意,比P-25商业二氧化钛溶胶-凝胶催化剂更活跃,在150分钟到达只有30%的转换。在我们看来,高的活动-P200样本可以归因于anatase-brookite阶段的存在;(2)一个重要的存在丰富的板钛矿;(3)的小粒径小于三次获得Ti-P500样本(表1)。根据C寇成矿,辅助紫外可见(365海里)附近的一盏灯,显示由溶胶-凝胶法催化剂,它可以被认为是一个很好的选择应用在室内和室外污染控制。

4所示。结论

通过改变溶胶-凝胶法的参数,可以获得更少的多态在低温下,由于Ti-P200样本只显示两个阶段(锐钛矿和板钛矿)和一个小晶体大小(海里)而Ti-P500样本显示,三个主要结构(正方,斜方晶系的和单斜),同样的一个更大的晶粒大小(> 22海里)。同样,通过处理溶胶-凝胶方法参数,可以增加表面积(189米²/ g)。透明国际的用更少的多态性和小晶粒大小显示高感光乙醛分解;因此,这两个变量可以在光催化中发挥重要作用。

确认

作者承认支持他们的分子工程项目(IMP)和CINVESTAV (IPN)。作者感谢技术员Rufino委拉斯开兹援助和技术支持工作。

引用

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