题目：水热合成钛酸盐的结构特征及成管机理

近年来，钛酸盐纳米管的特殊微结构、较强的酸性及潜在的纳米限域效应，使其在负载金属双功能催化剂应用方面表现出良好的发展前景。作为一种高效和经济的钛酸盐纳米管合成方法，水热制备的钛酸盐纳米管具有形貌均一、孔径小、比表面积大等优点，因而备受关注。综合分析相关文献报道结果表明，水热合成钛酸盐纳米管主要以TiO2为前驱体，且成管机理仍有待深入研究。
为此，本硕士论文以钛酸盐纳米管作为固体酸的催化应用为目标，以水热合成钛酸盐纳米管的可能机理为依据，系统地研究了钛源前驱体（锐钛矿型TiO2、Ti(OH)4、钛酸丁酯（TBOT）及TiCl4水解产物）和水热条件对合成钛酸盐纳米结构的影响。采用TEM、XRD等方法考察了钛酸盐产物的结构和形貌等特征，并与钛源前驱体和水热条件等制备参数进行了关联分析，提出了水热合成钛酸盐的成管机理。主要研究内容及结论如下：
（1）分别以锐钛矿型TiO2、商品化Ti(OH)4、TBOT及TiCl4水解产物为前驱体，在一定的反应时间（0 ~ 7 D）、较宽的温度(90 ~ 200 oC)和NaOH浓度(1 ~ 10 M)等水热条件下制备了一系列钛酸盐产物，并采用TEM、XRD等方法对所得产物的形貌和结构进行了表征分析。研究结果表明，以锐钛矿型TiO2和TiCl4水解产物为前躯体，可以较容易地制得钛酸盐纳米管。若将TiCl4水解产物放置30天，然后进行水热合成，当NaOH溶液浓度较低（< 3 M）时，所得的产物形貌与水解产物形貌基本相同；当NaOH溶液浓度介于3 ~ 8 M时，所得的钛酸盐均为片状结构; 当NaOH溶液浓度为10 M时，所得钛酸盐以片状结构为主，并伴有少量管状结构。以商品化Ti(OH)4和TBOT水解产物为前驱体，在所考察的水热条件范围内，均不能制得钛酸盐纳米管。（2）以锐钛矿型TiO2为前驱体，当水热时间较短（0 ~ 1 h）、NaOH溶液的浓度较高（> 10 M）或较低(< 1 M)时，都不能形成钛酸盐纳米管。其中，NaOH溶液浓度大于12 M时所得产物为棒状；当水热温度为90 oC时，所得产物均为片状结构，而200 oC时合成的产物为棒状。以TiCl4水解产物为前驱体，当水热温度为110 oC，NaOH溶液浓度为10 M时制得形貌均一的钛酸盐纳米管。与锐钛矿型TiO2相比，对以TiCl4水解产物为前驱体所需的水热温度较低，但NaOH溶液浓度较高。（3）以锐钛矿型TiO2为前驱体，在3 M NaOH溶液中165 oC水热合成48 h，TEM观察所得粗产物为管状结构，表明钛酸盐纳米管可能是在水热过程中形成的。上述粗产物在乙醇或去离子水中能很好地分散，且TEM观察显示为完美的管状结构。但上述粗产物不能在丙酮中分散。保持在相同的温度和NaOH浓度条件下，当水热时间由0 min增至1 h时，产物的结构经历了颗粒状，片状到管状的过渡。上述实验结果表明钛酸盐纳米管是在水热过程中形成的。同时，根据上述实验结果，提出了合理的钛酸盐纳米管成管机理。