Розділ 2
Методика експерименту
2.1. Методи приготування зразків
Приготування вихідних розчинів. Вихідні розчини (прекурсори) для одержання TiO2
плівок були приготовані з використанням: a-терпінеолу, для значного збільшення
в'язкості розчину, PEG300, PEG600 і PEG1000 (Loba feinchemie) в якості
пороутворювачів та оцтової кислоти як кислотного каталізатора. Готувалися два
розчини. Розчин А одержували додаванням до ізо-пропілового спирту (кваліфікації
“ч”) (УкрРеаХім) при інтенсивному перемішуванні на магнітній мішалці,
тетраізопропоксиду Ti 97% (ТTIP) (Aldrich), a- терпінеолу і пороутворювача.
Розчин В містив наступні компоненти: ізо-пропіловий спирт, дистильовану воду та
оцтову кислоту, які перемішували. Розчин В по краплинам додавали до розчину А.
Склад розчинів А і В (у молях) представлено в таблиці 2.1. [58] Концентрація
ТіО2 в прекурсорі складала 4% мас. В зразках ТіО2(300), ТіО2(600), ТіО2(1000)
маса відповідного пороутворювача була однаковою, а в зразках ТіО2(300)1,
ТіО2(600)1 і ТіО2(1000)1 однаковою була кількість молів пороутворювача. Як
видно з таблиць 2.1 та 2.2, зразки ТіО2(300) і ТіО2(300)1 готувались однаково і
лише для зручності представлення в цій таблиці названі по-різному. Надалі
будемо називати такий зразок ТіО2(300), пам’ятаючи, що в інші зразки без
індексу 1 додавалась така ж маса пороутворювача, як в ТіО2(300), а в зразки з
індексом 1 – така ж кількість молів відповідного пороутворювача. Кількість Ті у
зразках ТіО2(600)1 і ТіО2(1000)1 була такою ж як і для ТіО2, ТіО2(300),
ТіО2(600), ТіО2(1000), проте його масова концентрація у вихідних розчинах була
меншою.
Таблиця 2.1.
Складові розчину А прекурсору плівок TiО2
Плівка
Розчин А
ТТІР
б-Терпінеол
Ізо-
пропанол
PEG
300
PEG
600
PEG
1000
ТіО2
0,34
2,12
4,57
ТіО2(300)
0,34
2,12
3,26
0,19
ТіО2(600)
0,34
2,12
3,26
0,09
ТіО2(1000)
0,34
2,12
3,26
0,06
ТіО2(300)1
0,34
2,12
3,26
0,19
ТіО2(600)1
0,34
2,12
2,67
0,19
ТіО2(1000)1
0,34
2,12
1,40
0,19
Таблиця 2.2.
Складові розчину В прекурсору плівок TiО2
Розчин В
Ізо-пропанол
СН3СООН
H2O
0,78
0,37
1,11
Одержані іншим методом плівки діоксиду титану приготовані нанесенням на
субстрат частинок анатазу розміром 5-10 нм з концентрацією в прекурсорі 11%.
Завдяки оболонці гарно розчинного у воді метоксиетанола частинки анатазу у воді
утворювали стабільний наноколлоїд. Для збільшення в’язкості прекурсору до нього
довався метоксиетанол у співвідношенні вода:метоксиетанол=1:1.
Стабільний нанорозмірний золь анатазу одержувався золь-гель методом слідуючим
чином. 29,5 мл тетраізопропоксиду титану (ІV) додавали до 120 мл
метоксиетанолу, після чого готувався другий розчин: 0,76 мл 12 N соляної
кислоти додавали до 1,24 мл дистильованої води і 52 мл метоксиетанолу. Другий
розчин зливали з першим при інтенсивному перемішуванні магнітною мішалкою і
кип’ятили на пісчаній бані протягом однієї години з оберненим холодильником.
Після цього розчин охолоджували і доводили до об’єму 800 мл дистильованою
водою. Одержаний золь залишали на 3 тижні “дозрівати” в нормальних умовах після
чого висушували на роторному випаровувачі [59].
Третій тип плівок ТіО2 синтезовано золь-гель методом з вихідного розчину, який
складався з 0,83 мл тетраізопропоксиду титану (ІV), 20 мл ізо-пропанолу, 0,4 мл
концентрованої азотної кислоти.
Прекурсори для одержання ТіО2-плівок з вмістом Fe2O3 в співвідношенні Ті:Fe=1:1
готувалися додаванням до 20 молів абсолютного етанолу, нагрітого до температури
40 0С, 1 молю FeCl3 та 1 молю ТТІР [59]. Компоненти інтенсивно перемішувалися
при нагріванні до 40 0С.
Приготування плівок і порошків. З прекурсорів плівки витягувались з постійною
швидкістю 9 см/хв на скляні субстрати. Субстрати перед нанесенням плівки
ретельно відмивались у концентрованій соляній кислоті, а потім у дистильованій
воді та просушувались у сушильній шафі (t=150 0C).
Після нанесення, плівки TiO2 прожарювались при температурі 5000 С протягом
однієї години. У випадку багатошарових плівок термічна обробка повторювалась
після нанесення кожного шару.
Плівки Ті/Fe витягувались з гарячого (t=40 0C) прекурсору на нагріті до
температури ~40 0C скляні субстрати, після чого прокалювались при температурі
600 0C протягом 5 хвилин [61].
Порошки ТіО2 готувались з прекурсорів плівок. Гель, утворений після желювання
вихідного розчину, висушували при кімнатній температурі протягом 2-3 тижнів, а
потім в струмені гарячого повітря (60-70 0С) протягом 40 годин, періодично
розтираючи. Висушені ксерогелі прожарювали при темпераутрі 500 0С протягом
однієї години, так само як і плівки.
2.2. Дослідження плівок та порошків на основі TiO2 та TiО2/Fe2O3
Структурні вимірювання. Кристалічну структуру одержаних нами порошків визначали
методом рентгенофазного аналізу (СuKб). Середній розмір кристалітів у порошках
анатазу визначали за півшириною піку по формулі Шерера. Питома поверхня даних
порошків була обрахована за формулою [60]:
(2.1),
де S – питома поверхня (м2/г)
с=3,9 г/см3 – густина анатазу;
d – діаметр частинки ТіО2 (нм).
Дана формула застосовувалась для наших систем як до систем з невизначеною
формою пор, утворених пустотами між упакованими глобулами кристалів анатазу.
Кристалічна структура плівок визначена за допомогою електронної мікроскопії
пропускання високої роздільної здатності (HRTEM) на електронному мікроскопі
Philips 300 CM з LaB6 –катодом (прискорююча напруга 120 кВ, лінійна роздільна
здатність 0,14 нм).
Спектри комбінаційного розсіювання реєструвалися на спектрометрі Bruker
IFS66V/S з приставкою FRA 106. Роздільна здатність, з якою
- Київ+380960830922