低维功能材料的有机功能化及其纳米复合材料的性能

发布时间：2020-06-14 04:04

【摘要】：近年来,随着世界经济的不断发展,能源枯竭和环境污染问题成为全球亟待解决的重大问题之一。而众多纳米材料以及纳米复合材料因为具有独特优异的性能而被广泛应用于治理污染和新能源领域,TiO_2因为其价格低廉、制备简单、无毒无害、亲水性优良、化学稳定性强等优点一直备受科学家青睐,TiO_2是非常重要的光催化材料之一,能够把众多难降解的有机污染物氧化成CO_2和H_2O或一些低毒的中间产物,从而净化水质治理污染。但由于TiO_2的禁带宽度较大,只能吸收波长较短的紫外线,而这部分光仅仅占太阳光能的3%~5%。所以如何扩大TiO_2的光谱响应范围,使其能够有效利用微弱的可见光,如何通过对TiO_2进行改性修饰来增加其光催化活性,仍然是一个亟待解决的问题,同时也是本课题研究的重点。在拓展TiO_2的光谱响应的无机改性方面,与金属氧化物制备出异质复合材料是有效的的材料方法之一。我们首先通过水热法制备出TiO_2/NiO、TiO_2/CoO和TiO_2/Fe_2O_3异质结构纳米复合材料,通过SEM、TEM、XRD和UV-vis等测试方法对其微结构和光谱性能进行表征。结果表明,Ni O、CoO和Fe_2O_3纳米粒子成功附着在TiO_2纳米管上,形成了TiO_2基异质纳米复合材料。UV-vis的表征数据显示,其纳米复合材料拓宽了TiO_2的光谱响应范围,使其在可见光区也能够有较好的吸收,预计在光催化领域有较好的潜在应用价值。我们选用具有代表性的有机污染物罗丹明B和亚甲基蓝,在弱的可见光的照射下进行光催化降解实验,部分材料体系取得了较好的效果。在制备的TiO_2异质结构复合材料的基础上,为发挥有机材料的互补行为,我们采用含羧基的环糊精聚合物对TiO_2/NiO、TiO_2/CoO进行表面自组装改性,得到TiO_2/NiO和TiO_2/CoO表面有机改性的有机/无机纳米复合材料,对其内部微结构等进行了系列表征。同样选取具有代表性的有机污染物进行光催化降解实验,在弱的可见光的照射下进行光催化降解实验,部分材料体系取得了较好的效果。此外,考虑到傒是一类重要的有机半导体,具有好的荧光特性,广泛用于化学传感与环境、生物医学的检测等,也是近年来出现的新型有机光催化材料。为此我们用傒的衍生物(含-NH_2,-COOH)对课题组多年来可持续研究的一些低维纳米材料,如氧化物、氧化石墨烯和碳纳米管等进行了修饰和相关性能的初步研究,取得了一些有意义的结果。基于对TiO_2异质结构的有机改性效果,我们也拓展到了在环境、能源领域常用的其它低维金属氧化物的有机表面改性及相关研究,在弱的可见光照射下也取得了较为理想的效果。 【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TB33

【图文】：

3 结果与讨论基异质结构纳米复合材料的系列表征/NiO 纳米复合材料貌表征和图 3-2 分别是 TiO2/NiO 纳米复合材料的扫描电镜图和透射们可以看出 NiO 呈颗粒状均匀的分布在 TiO2纳米管周围，呈管状，外壁有 NiO 纳米颗粒均匀分布着，TiO2纳米管的0~15nm 左右，，NiO 纳米颗粒的直径在 20nm 左右。据此我们与 NiO 较好的复合在一起，形成 TiO2/NiO 纳米复合材料。

TiO2/NiO纳米复合材料的透射电镜图

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