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小议复合材料的合成及特性

 论文栏目:化学化工学论文     更新时间:2013-11-19 14:42:07   

1试剂与仪器

钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)、四氯化锡(SnCl4•5H2O)、硝酸钴(Co(NO3)2•6H2O)、邻苯二腈、氨水(NH3•H2O)、硝酸(HNO3)、冰乙酸(CH3COOH)、无水乙醇(C2H5OH)均为分析纯,实验用水为去离子水.美国Perkin-ElmerLambda35型紫外可见吸收光谱仪(样品在一定量DMF溶液中分散,超声振荡萃取30min,在10000r/min转速下离心10min后,取上层清液);美国Perkin-ElmerOne型傅里叶变换红外光谱仪,KBr压片;德国BRUKERD8FOCUS型X射线粉末衍射仪,电压4kV,电流40mA,Cu靶,扫描范围5°~80°,速率2°/min.1.2样品的制备取7.02gSnCl4•5H2O溶于无水乙醇配置成一定浓度的溶液,取3.6g钛酸四丁酯溶于无水乙醇配置成一定浓度的溶液,将二者以Sn4+:Ti4+=2∶1的比例混溶.在搅拌下逐滴加入25%的氨水,调节pH=2,使之成为水溶胶,静置2h,用蒸馏水洗涤数遍直至检测不到Cl-为止.将其置于烘箱中干燥形成Sn(OH)4/TiO2纳米粉体.将4-硝基邻苯二腈、Co(NO3)2•6H2O以摩尔比4∶1混合,加入一定量的甲醇将其溶解,再将CoPc与Sn(OH)4/TiO2按摩尔比20/25∶100向其加入所制备的Sn(OH)4/TiO2纳米粉体,超声振荡30min得到均匀混合物,室温下进行真空1d至其干燥,至于马弗炉中240℃烧结4h,得到摩尔配比为20/25∶100的CoPc/SnO2/TiO2复合材料.

2讨论

2.1复合材料的UV-Vis吸收光谱分析

从图1可看出,原位合成20%CoPc/SnO2/TiO2复合材料在681nm有较强的吸收,是由于其大π键的跃迁,与25%CoPc/SnO2/TiO2的Q带吸收峰(679nm)相比红移了2nm,与无负载的CoPc的Q带吸收峰(678nm)相比红移了3nm,这表明CoPc与SnO2/TiO2之间有一定的化学作用,并且不同含量的CoPc也有一定的影响.可能是CoPc中心金属钴离子与SnO2/TiO2形成轴向Co-O配位键,导致复合材料的HOMO与LUMO的能极差变小产生红移现象.

2.2复合材料的红外吸收光谱分析

从图2可见,原位合成25%CoPc/SnO2/TiO2复合材料的红外吸收光谱出现SnO2和CoPc的特征吸收峰,纯SnO2的红外吸收峰中在649cm-1和554cm-1处出现较强的吸收峰,分别是Sn-O的伸缩振动和O-Sn-O的弯曲振动吸收峰,在25%CoPc/SnO2/TiO2复合材料的红外吸收峰中,以上2个峰分别红移至717和550cm-1,证实了CoPc与SnO2间具有一定程度的相互作用,854cm-1处的CoPc金属-配体振动峰在25%CoPc/SnO2/TiO2的红外吸收峰移至831cm-1位置出现1个新的Co-O振动吸收峰.从CoPc的平面结构可以看出,Co2+与4个N原子形成了2个配位键和2个共价键,而Co2+容易形成配位数是6的八面体配合物.因此Co2+还可以在沿着垂直于CoPc平面的上下2个方向与具有孤对电子的原子或离子形成轴向配位键,而SnO2中具有孤对电子的O2-,O2-的孤对电子可进人Co2+的空轨道形成Co-O共价键.

2.3复合材料的X射线衍射分析

SnO2/TiO2的XRD图谱如图3所示.选取240℃的温度下制备的20%CoPc/SnO2/TiO2,25%CoPc/SnO2/TiO2和450℃的温度下制备的SnO2/TiO2.主要的衍射峰在26.9°,34.7°和52.6°,对应SnO2晶面分别为(110),(101)和(211)复合体光催化剂体相以金红石型的SnO2为主,有锐钛矿型的TiO2出现.焙烧的温度升高,复合材料的衍射峰变得尖锐,晶粒较大.但是20%CoPc/SnO2/TiO2和25%CoPc/SnO2/TiO2由于酞菁在300℃以上会分解所以焙烧时温度低于300℃导致SnO2/TiO2晶粒发育不完全,衍射峰强度弱.根据Scherrer公式计算粒径尺寸,发现负载使得SnO2/TiO2的粒径变小,可能的原因是CoPc包覆SnO2/TiO2在表面,阻碍了晶粒的进一步生长.

2.4复合材料的SEM分析

图4是25%CoPc/SnO2/TiO2复合材料样品放大15万倍的扫描电镜图.由图4可见,有部分团聚的现象,粉体的几何形状为球形或椭球形.纳米25%CoPc/SnO2复合粉体颗粒尺寸与利用XRD谱图计算出的结果基本一致.

3结论

本文采用原位合成的方法,溶胶-凝胶法制备了SnO2/TiO2纳米粉体,以二价钴为模板,制备了CoPc/SnO2/TiO2纳米复合材料,分别用紫外,红外,XRD,SEM进行表征,其证实了金属酞菁负载的成功.结果表明,SnO2/TiO2对金属酞菁的特征吸收Q带有一定影响,产生红移现象,随着负载量的增加红移变化减小,主要由于其表面存在孤对电子与酞菁中的Co2+形成了Co-O共价键;CoPc的负载只是阻碍了SnO2/TiO2晶粒的生长,使得SnO2/TiO2的粒径变小,并没有改变SnO2/TiO2的晶型.

作者:尹彦冰 任卉蕾 慕晗 单位:齐齐哈尔大学

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