水熱法制備納米材料

1、實驗名稱：水熱法制備納米TiO2水熱法屬于液相反應(yīng)的范疇，是指在特定的密閉反應(yīng)器中采用水溶液作為反應(yīng)體系，通過對反應(yīng)體系加熱、加壓而進行無機合成與材料處理的一種有效方法。在水熱條件下可以使反應(yīng)得以實現(xiàn)。在水熱反應(yīng)中，水既可以作為一種化學(xué)組分起反應(yīng)并參與反應(yīng)，又可以是溶劑和膨化促進劑，同時又是一種壓力傳遞介質(zhì)，通過加速滲透反應(yīng)和控制其過程的物理化學(xué)因素，實現(xiàn)無機化合物的形成和改進。水熱法在合成無機納米功能材料方面具有如下優(yōu)勢：明顯降低反應(yīng)溫度（100-240）；能夠以單一步驟完成產(chǎn)物的形成與晶化，流程簡單；能夠控制產(chǎn)物配比；制備單一相材料；成本相對較低；容易得到取向好、完美的晶體；在生長的晶體中

2、，能均勻地摻雜；可調(diào)節(jié)晶體生成的環(huán)境氣氛。一實驗?zāi)康?.了解水熱法的基本概念及特點。2.掌握高溫高壓下水熱法合成納米材料的方法和操作的注意事項。3.熟悉XRD操作及納米材料表征。4.通過實驗方案設(shè)計，提高分析問題和解決問題的能力。二實驗原理水熱法的原理是：水熱法制備粉體的化學(xué)反應(yīng)過程是在流體參與的高壓容器中進行，高溫時，密封容器中有一定填充度的溶媒膨脹，充滿整個容器，從而產(chǎn)生很高的壓力。為使反應(yīng)較快和較充分的進行，通常還需要在高壓釜中加入各種礦化物。水熱法一般以氧化物或氫氧化物（新配置的凝膠）作為前驅(qū)物，他們在加熱過程中溶解度隨溫度的升高而增加，最終導(dǎo)致溶液過飽和并逐步形成更穩(wěn)定的氧化物新相。

3、反應(yīng)過程的驅(qū)動力是最后可溶的的前驅(qū)物或中間產(chǎn)物與穩(wěn)定氧化物之間的溶解度差。 3 實驗器材實驗儀器：10ml量筒；膠頭滴管；50ml燒杯；高壓反應(yīng)釜；烘箱；恒溫磁力攪拌器。實驗試劑： 無水TiCl4；蒸餾水；無水乙醇。四實驗過程1.取10mL量筒, 50mL的燒杯洗凈并徹底干燥。2.取適量冰塊放入燒杯中，并加入一定的蒸餾水形成20mL的冰水混合物，用恒溫磁力攪拌器攪拌，速度適中。3.用量筒量取2mL的無水TiCl4，緩慢滴加到冰水混合物中。4.繼續(xù)攪拌10min,即可得到TiO2的乳濁液。5.將制得的乳濁液放入到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在120的控溫烘箱中反應(yīng)5h后取出。6.取出樣品自然冷卻后，用蒸餾水洗

4、滌3次，無水乙醇洗滌1次，抽濾，干燥后稱重M2。7.將干燥的樣品進行XRD衍射，得出衍射圖。五數(shù)據(jù)記錄與處理1.產(chǎn)率計算：理論產(chǎn)量M1=1.4567g實際產(chǎn)量M2=0.3773g則TiO2的產(chǎn)率=實際產(chǎn)量理論產(chǎn)量即：P%=0.37731.4567=25.90%2.將實驗得到的樣品進行XRD衍射，得出衍射圖如下：TiO2 XRD衍射圖橫坐標(biāo)表示角度，縱坐標(biāo)表示峰強度。六思考題1什么是水熱法？水熱法又稱熱液法,屬液相化學(xué)法的范疇。是指在密封的壓力容器中,以水為溶劑,在高溫高壓的條件下進行的化學(xué)反應(yīng)。水熱反應(yīng)依據(jù)反應(yīng)類型的不同可分為水熱氧化、水熱還原、水熱沉淀、水熱合成、水熱水解、水熱結(jié)晶等。其中水

5、熱結(jié)晶用得最多。原理: 水熱結(jié)晶主要是溶解再結(jié)晶機理。利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶的的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，通過控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對流以形成過飽和狀態(tài)而析出生長晶體的方法。2.水熱法的特點是什么？1）合成的晶體具有晶面，熱應(yīng)力較小，內(nèi)部缺陷少；2）密閉的容器中進行，無法觀察生長過程，不直觀；3）設(shè)備要求高（耐高溫高壓的鋼材，耐腐蝕的內(nèi)襯）、技術(shù)難度大（溫壓控制嚴格）、成本高；4）安全性能差。3水熱法生產(chǎn)的特點是什么？水熱法生產(chǎn)的特點是粒子純度高、分散性好、晶形好且可控制，生產(chǎn)成本低。用水熱法制備的粉體一般無需燒結(jié),這就可以避免在燒結(jié)過程中晶粒會長大而且雜質(zhì)容易混入等缺點。4.影響水熱合成的因素有哪些？溫度的高低、升溫速度、攪拌速度以及反應(yīng)時間等。七實驗心得本次實驗最大的體會是不一定要全部統(tǒng)一做一個實驗，如果覺得自己的實驗方案切實可行，可以進行適當(dāng)?shù)膰L試。實驗時需要了解試劑樣品、實驗儀器的使用說明，比如TiCl4，它在移取過程中容易接觸空氣中的水分形成酸霧，這就要求在通風(fēng)廚內(nèi)操作，并且使用來移取的量筒和膠頭滴管必須干燥。將其加到冰水混合物過程中需要慢慢加入。又比如XRD，因為它的測試成本高，所以盡量排好