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湖北工业大学毕业设计（论文）
3.2 实验部分
3.2.1 试剂和仪器
表3-1 主要实验试剂
试 剂
单分散阳离子PS微球分散液 钛酸四丁酯(TBOT) 三乙醇胺（TEOA） 无水乙醇 氨水 钼酸铵 甲基橙
固含量5.8% 化学纯 分析纯 分析纯 化学纯（25%） 分析纯 化学纯
规 格
生产厂家
实验室自制
上海科丰化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 广东光华化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司 国药集团化学试剂有限公司
实验主要仪器设备同第二章（见2.2.1节）。
3.2.2 氮钼共掺杂TiO2中空微球的制备
先将阳离子PS微球分散液超声分散，根据固含量取一定量分散好的PS微球分散液，在适量无水乙醇中分散1h；然后取一定量的钛酸丁酯（TBOT）、三乙醇胺（TEOA）加入上述溶液，恒温水浴反应2h；最后取一定量钼酸铵溶于一定量氨水-乙醇水溶液中，逐滴将此氨水溶液滴入上述溶液中，滴加的速率为1.00-1.33mL/min，反应4h；所得产物用无水乙醇离心分离、洗涤多次以除去残留物，再将洗涤后的产物分散于少量水中，冷冻干燥。
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图3-1 制备氮钼共掺杂TiO2复合微球简易流程图
采用高温煅烧制备掺杂TiO2中空微球，制备方法同第二章（见2.2.4节）。
3.2.3 结构及性能表征
结构及性能表征方法同第二章（见2.2.5节）。
3.3 结果与讨论
3.3.1 氮钼共掺杂TiO2中空微球的制备
3.3.1.1氨水-水不同体积比的影响
TBOT的水解是在无水乙醇介质中进行，反应体系中存在少量的水对发生水解反应是必须的，氨水则为催化剂。因此，氨水与水的用量无疑会影响到TBOT的水解速度。
为了确定氨水-水的最佳体积比，在氨水与水的混合溶液滴加速度相同（1mL/min）以及其它条件一致的情况下，即无水乙醇体积为220mL、PS微球用量为1.35g、TEOA用量为1.0g、钼酸铵用0.2g、TBOT用量为2.5g，对不同的氨水-水配比对复合微球表面Zeta电位及包覆过程团聚现象等进行了考查。表3-2是不同氨水-水体积比下制备出的氮钼共掺杂TiO2复合微球的Zeta电位。
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表3-2 不同氨水-水体积比下制备出的氮钼共掺杂TiO2复合微球的电位
组别 氨水-水体积比 Zeta电位/mV
1 5:2 -68.35
2 5:1 -96.37
3 5:0 -93.24
4 4:2 -32.33
5 4:1 -30.52
6 4:0 -24.62
7 3:2 -24.12
8 3:1 -22.43
9 3:0 -3.59
由表中可以看出，当氨水用量一定时，随着水用量的减少，复合微球表面的Zeta电位也随之减小，当然表中也反映出当氨水用量较大时，如在5mL时，水的影响变弱，可能是氨水用量较大时，所含的水足以维持TBOT的水解。另外当水的用量一定时，氨水用量越大，复合微球表面的Zeta电位越大。Zeta电位呈负值，表明实验中带负电的TiO2粒子由于静电吸附作用而均匀地包覆到阳离子PS微球表面，且负值越大包覆层越稳定。
图3-2为在不同氨水-水体积比下制备出的氮钼共掺杂TiO2复合微球的光学显微镜图。当氨水-水体积比为5:2、5:1、5:0时（图3-2a、b、c），可以看出微球分散均匀，并且无明显团聚现象；而当氨水-水体积比为4:2、4:1、4:0，特别是为3:2、3:1、3:0时，微球团聚现象增多。结合表3-2，当微球表面Zeta电位越负，表面电荷密度越大，微球之间产生团聚的可能就会减小。据此本研究后续实验选择氨水-水体积比均选择5:1。
（a）5:2 （b）5:1 （c）5:0
（d）4:2 （e）4:1 （f）4:0
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（g）3:2 （h）3:1 （i）3:0 图3-2 不同氨水-水体积比下制备出的氮钼共掺杂TiO2复合微球的显微镜图（×1000）
3.3.1.2 TBOT用量的影响
根据文献和前文实验结果，前驱体TBOT加入量的多少决定着复合微球的壳层厚度。加入量太小，则壳层厚度薄，导致壳层强度不够使得煅烧时壳层塌陷得不到完整的中空结构；加入量太大，水解产生的过多的TiO2粒子很难都包覆到PS微球表面，从而产生自聚形成TiO2纳米粒子。因此确定TBOT量的多少是实验中首先要解决的问题。
由于二次包覆过程较为繁琐，本章实验还是选择了单层包覆的方法来考察各因素的影响。为了得到完整的TiO2壳层结构，实验中在前文实验基础加大了TBOT的用量。本实验用220mL无水乙醇作为反应介质，加入PS微球用量为1.35g、TEOA用量为1.0g、钼酸铵用量为0.2g、氨水-水体积比为5:1，滴加速度控制在1mL/min，分别加入TBOT用量为1.6g、2.0g、2.5g时制备的共掺杂PS/TiO2复合微球，采用显微镜对复合微球的形貌进行了检测，结果如图3-3所示。从图中可以看出，不同的TBOT用量，复合微球均保持较好的球状形态，没有因自聚而产生的TiO2纳米粒子存在。
（a）1.6g （b）2.0g （c）2.5g 图3-3 不同TBOT加入量下制备出的氮钼共掺杂PS/TiO2复合微球的显微镜图（×1000）
将以上不同TBOT用量的三种共掺杂复合微球进行高温煅烧，得到产品的SEM照片
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