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本文分别采用SDS模板剂、SDS-PEG复合模板剂,以及添加了正庚烷的SDS-PEG复合模板剂,以尿素为沉淀剂,用均相沉淀法制备了不同孔径的介孔La2O3。同时,采用浸渍法制备了纳米TiO2/介孔La2O3复合材料,并用XRD、BJH、TG-DSC、FT-IR等方法对材料的结构和性能进行了表征,用IR-2型红外发射率测量仪测定了材料在3～5 μm、8～14μm、1～21 μm波段的红外发射率。探讨了不同模板剂对介孔孔径的影响,不同孔径的红外发射率,以及TiO2的负载对介孔孔径、红外发射率的影响,得到以下结论：
1.以SDS-PEG复合体系作为模板剂合成的介孔La2O3的孔径明显大于以SDS为模板剂的所合成的介孔La2O3的孔径,这说明PEG在孔的形成中起到了增大孔径的作用。而且随着PEG添加量的增加,介孔La2O3的孔径也随之增大。另外,PEG分子量的增加和正庚烷的添加对孔径的增大也有一定的影响。同时我们发现,以SDS-PEG为复合模板剂制备得到的介孔La2O3样品,其热稳定性要好于只采用SDS为模板剂的样品,这可能由于聚乙二醇具有表面活性,填充与孔道内,在干燥及焙烧过程中能降低孔壁的表面张力,一定程度上抑制了孔结构的收缩,对介孔结构起到支撑作用,从而使得到的介孔La2O3表现出更好的热稳定性。
2.在介孔La2O3中复合TiO2后,La2O3仍然保持原有的六方晶相,但La2O3晶体的衍射峰强度增加。从N2吸附-脱附等温线分析可以看到,介孔La2O3与TiO2复合后孔径变化不大,说明复合的TiO2主要分布在附着在介孔La2O3的孔道壁内。且由于有部分TiO2进入介孔孔壁,支撑了孔结构,因此,复合了TiO2的介孔La2O3的热稳定性有显著提高。
3.介孔La2O3的孔径在3.67 nm14.4 nm范围之间时,红外发射率随孔径增大变化不大；当孔径大于14.4nm时,红外发射率随孔径的增大迅速升高。这说明,孔径在3.67nm14.4nm范围之间时,介孔La2O3晶体内由晶格畸变所产生的晶格振动与红外辐射的相互作用并不剧烈,红外发射率改变不大；但随着孔径的继续增大,晶格畸变进一步加剧,导致晶格振动与红外辐射的相互作用迅速增强,使红外发射率升高。在介孔La2O3中添加PEG后,由于PEG与孔壁之间通过较强的相互协同作用形成了有机-无机界面层,该界面改善了介孔La2O3的表面性能,降低了介孔La2O3的红外发射率。同时,样品的红外发射率随焙烧温度的升高,PEG的逐渐分解,而逐渐升高。
在负载的0.05％TiO2后,纳米TiO2/介孔La2O3复合材料中复合粒子的发射率低于介孔La2O3的发射率。固溶于La2O3中的Ti4+增多,载流子浓度升高,导致材料的反射率升高,发射率降低；但随着TiO2的复合量的增加,复合材料的发射率又逐渐升高。负载相同浓度的ZrO2的发射率要低于TiO2。这可能是由于纳米ZrO2/介孔La2O3复合材料中的极化弛豫损耗要低于纳米TiO2/介孔La2O3复合材料的,造成发射率降低。