Синтез и исследование нанаразмерных частиц диоксида титана для применения в катализе и нанобиотехнологиях

• Автор: Бессуднова, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список используемых сокращений и обозначений

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Наночастицы. Область применения и основные методы синтеза

1.2. Фундаментальные свойства ТЮг-наночастиц

1.2.1. Структурные свойства ТЮг-наноматериалов

1.2.2. Термодинамические свойства ТЮг-наноматериалов

1.2.3. Рентгено-дифракционные и Раман-вибрационные свойства ТЮг-наноматериалов

1.2.4. Электронные и оптические свойства ТЮг-наноматериалов

1.3. Применение ТЮг-наночастиц в каталитических процессах

1.4. Методы синтеза наноразмерного ТЮг со структурами анатаз, брукит, рутил, аморфной
1.4.1. Золь-гель метод
1.4.2. Золь метод
1.4.3. Мицеллярный метод
1.4.4. Гидротермальный метод
1.4.5. Сольватотермический метод
1.4.6. Химическое осаждение из паровой фазы
1.4.7. Сонохимический метод
1.4.8. Микроволновой метод
1.4.9. Методы синтеза мезопористого/нанопористого ТЮг
1.4.10. Методы получения аэрогелей ТЮг
1.4.11. Основные факторы, влияющие на размер частиц
1.4.12. Основные факторы, влияющие на структуру диоксида титан
1.4.13. Методы стабилизации наночастиц ТЮг
1.5. Физико-химические методы исследования ТЮг-наночастиц
1.6. Заключение по литературному обзору и постановка задачи
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Методика получения ТЮг-наночастиц в аморфной модификации, анатаз, брукит, рутил
2.1.1. Методика получения ТЮг-наночастиц в аморфной модификации, анатаз, брукит, рутил
2.1.2. Синтез наноразмерного диоксида титана с фазой анатаз

2.1.3. Очистка золей от примесей при помощи диализа
2.1.4 Приготовление исходных и нейтрализованных образцов для исследований
2.1.5. Разработка методики синтеза наноразмерного ТЮг с целевой фазой
рутил
2.2. Физико-химические методы исследования наночастиц диоксида титана
2.2.1. Химический анализ
2.2.2. Рентгенофазовый анализ
2.2.3. Инфракрасная спектроскопия
2.2. 4. Удельная поверхность и пористая структура
2.2.5. Сканирующая электронная микроскопия
2.2.6. Малоугловое рентгеновское рассеяние
2.2.7. Римановская спектроскопия
2.2.8. Атомно-силовая микроскорпия
2.2.9. Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения
2.2.10. Измерение (^-потенциала
2.2.11. Подготовка образцов
2.2.12. Проникновение ТЮ2 в клетки
2.2.13. Исследование цитотоксичности
Глава 3. Синтез, свойства и стабилизация наиочастиц диоксида титана
3.1. Исследование влияния условий синтеза на структурные, дисперсные и морфологические свойства наночастиц ТЮ
3.1.1. Исследование методом РФА
3.1.2. Исследование методом ИКС
3.1.3. Исследование методом МУРР
3.1.4. Исследование методами АСМ
3.1.5. Исследование методом ПЭМ
3.2. Стабилизация золей диоксида титана
Заключение к главе
Глава 4. Разработка методов нейтрализации золей диоксида титана со структурой
анатаз
4.1. Исследование влияния условий нейтрализации на дисперсные и морфологические свойства наночастиц ТЮ
4.1.1. Определение изоэлектрической точки золя со структурой ТЮ2 анатаз
4.1.2. Исследование влияния природы однозарядного катиона электролита методами МУРР, АСМ, ПЭМВР, Рамановской спектроскопии

4.1.3. Исследование влияния модифицирования поверхности наночастиц глицидилизопропиловым эфиром методами МУРР, АСМ, ПЭМ, Раман-спектроскопии
4.1.4. Исследование влияния природы диализного раствора, используемого для очистки золей, методами МУРР, АСМ, ПЭМВР, Раман-
спектроскопии
4.1.5. Оценка возможности использования наночастиц диоксида титана в нанобиотехнологиях
Заключение к главе
Глава 5. Разработка методов синтеза получения наноразмерного диоксида титана со структурой рутил, характеризующегося высоким значением удельной поверхности
5.1. Исследование влияния параметров синтеза: температуры, мольного соотношения реагентов на структурные свойства диоксида титана
5.2. Исследование структурных свойств наноразмерного рутила методами РФА и Раман-спектроскопии
5.3. Исследование текстурных свойств методами низкотемпературной адсорбции азота и ртутной порометрии
5.4. Исследование морфологических свойств методами ПЭМ, СЭМ, АСМ
5.5. Исследование динамики изменения текстурных и морфологических свойств при прокаливании
Заключение к главе
Основные результаты и выводы
Список литературы

способе, так как в качестве растворителей могут быть выбраны органические растворители с высокой температурой кипения. Сольватотермический метод в большей степени обеспечивает контроль формы, узкое распределение по размерам и кристалличность ТЮг, по сравнению с гидротермальным методом [149-151]. Ким и соавт. использовали сольватотермической метод для синтеза ТЮг наночастиц и наностержней с добавлением и без добавления поверхностноактивных веществ [149]. По типичной методике [149, 153] ТТ1Р смешивали с толуолом при весовом соотношении 1-3; 10 и выдерживали при 250°С в течение 3 часов. Средний размер частиц ТЮг в порошке имел тенденцию к увеличению при повышении в составе ТТ1Р. Ли и др., контролируя реакцию гидролиза "ЩС^Нд^ в присутствии линолевой кислоты, МРЦНСОз и триэтиламина получали редиспергируемые наночастицы и наностержни ТЮг [150, 151]. Разложение ЫН4НСОз обеспечивает НгО для реакции гидролиза, а линолевая кислота выступает в качестве растворителя/реагента и координирующего поверхностно-активного вещества в синтезе наночастиц. Триэтиламин выступает в качестве катализатора процесса поликонденсации ТьО-ТС с образованием неорганической сетки до достижения кристаллического продукта реакции и не оказывает особого влияния на морфологию продуктов. Важную роль в формировании кристаллов с различными морфологическими признаками играет природа растворителя, т.к. растворители с различными физическими и химическими свойствами могут влиять на растворимость, вязкость, реакционную способность, полярность, координирующие свойства и на значение (^-потенциала [152].
1.4.6. Химическое осаждение из паровой фазы.
Осаждение из паровой фазы относится к любому процессу, в котором материалы, находящиеся в парообразном состоянии, конденсируют с образованием твердой фазы материала. Эти процессы обычно используются для формирования покрытий, позволяя тем самым изменить механические, электрические, тепловые и оптические свойства, сопротивление коррозии и износостойкость различных субстратов. Они также используются для формирования твердых тел, плёнок и волокон. Процессы осаждения из паровой фазы обычно проходят в вакуумной камере. Процесс, происходящий без химической реакции, называется физическим осаждением из паровой фазы; в противном случае, это называется химическим осаждением из паровой фазы. При химическом осаждении из паровой фазы тепловая энергия нагревает газы в камере для нанесения покрытий с последующей их конденсацией и осаждением. Так можно получать толстые кристаллические плёнки с размером зерен менее 30 нм и размером наночастиц ТЮг менее 10 нм путем пиролиза ТТ1Р в смешанной атмосфере гелия с кислородом [154]. При осаждении на холодную поверхность реактора при температуре