水热法中水解体系中络合钛离子结构的分子模拟研究

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通过水热法中制备的纳米二氧化钛具有十分优越的物理、化学性能,因而可以被广泛用于油漆、塑料、化学纤维等诸多领域。随着水热法的逐渐成熟,对水热法的研究也逐渐深入。   在水热法中,反应都是在水体系中进行的,因而本文的重点放在了对水体系中络离子结构的研究上。使用配位场理论来对水体系中的络合离子进行分析,通过对络合钛离子分子轨道的形成、电子的填充的分析,来了解整个分子的成键情况。正四价的钛离子在常温下即可水解,实验选取了60℃、80℃、100℃三个水解温度观察点,选取了200℃为晶相温度观察点。影响水解的因素则主要选取了pH值和以氯离子、硫酸根离子位代表的阴离子,溶液中钛离子的浓度分别控制在0.1mol/l、0.2mol/l、0.5mol/l、1.0mol/l。对水体系中络合反应的平衡问题。   通过实验可以确定,溶液中的络合钛离子有多种不同的结构。随着环境的变化,钛离子的结构也在变化。在酸性环境中,随着pH值的降低,络合钛离子所带的羟基配体逐渐减少;在碱性环境中,分为两个阶段,在pH从7-12左右,络合钛离子的羟基配体数为6,继续升高,配体羟基数目则会减少。不同的络离子结构决定了产品的晶型、性能等。带羟基数目少的络离子有利于晶化成金红石型结构,带羟基数目多的络离子结构有利于晶化成锐钛矿型结构,在pH值较高的情况下形成的络离子结构有利于晶化成板钛矿型结构。溶液中的阴离子作为配体参与络离子的配位时,也会影响单核络离子连接成多核络合物。   利用计算机来辅助分析络离子结构是本文的一大特点。通过软件的模拟,文中提出了一个新的生长基元模型,这有助于进一步了解板钛矿的结晶过程。使用软件hyperchem来模拟分子结构,可以了解络离子结构的键长、键角、电负性、分子总能量等有用的数据,这对讨论分子结构的稳定性、变化等有很大帮助。
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