无机离子对TiO 2 纳米管阵列光催化性能的影响研究
发布时间：2021-10-01 06:59
TiO2纳米管阵列具有良好的光电性能、化学稳定性、可重复利用性等,因此在降解有机物、染料敏化太阳能电池以及光催化制氢等领域都有着广泛的应用。但是工业污水中存在较多的无机离子会对TiO2光催化性能造成一定的影响,尽管也有一些研究来探讨其中机理,但是大家仍未能够达成共识。另外,目前大多数的研究都是以钛片为基底制备样品,而钛片不透光会导致光利用率较低,增加工业生产的运营与维护成本。这些问题都会阻碍二氧化钛光催化技术在工业应用上的推广。为解决上述问题,本文在实验室采用钛片基底制备TiO2纳米管阵列的基础上,采用阳极氧化法与慢速升温热处理工艺成功制备了钛网基TiO2纳米管阵列,并着重研究了液相无机离子对其光催化性能的影响。具体成果简介如下:（1）探究了印染污水中的无机阴离子对光催化性能的影响。发现SO42-的存在能够显著提高光催化反应活性,反应常数为无添加组的1.28倍,而CO32-、PO4...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水热法制得的TiO2纳米棒形貌[54]
浙江大学硕士毕业论文8综上所述，目前TiO2纳米棒和阵列的制备方法丰富，实验稳定性好，可重复性强。然而，制备过程中依旧存在一些问题。例如单纯使用模板法无法获得纳米棒；直接氧化法对于产物的形貌以及结构可控性较差；水热法尽管操作简单、技术成熟，然而无法获得大面积的TiO2纳米棒阵列。1.3.3TiO2纳米线TiO2纳米线是另一种典型的一维纳米结构，其结构呈细线状，长度直径比≥10，主要的制备方法有模板法、静电纺丝法、水热法等。Lei等[56]采用溶胶-凝胶法在Al2O3模板上制得了具有良好光学特性的高度有序的单晶锐钛矿型TiO2纳米线阵列。Li等[57]采用静电纺丝法首次制备了具有锐钛矿相的TiO2纳米线，合成的TiO2纳米线形貌如图1.5所示，其具有多孔结构，并且直径可控。由于静电纺丝法工艺简单且过程可控，因此受到了许多研究人员的青睐。GRIMES课题组[58]采用水热法，通过非极性溶剂和亲水基底之间发生的界面反应，在FTO导电玻璃基底表面直接生长了垂直于基底表面且致密有序的单晶TiO2纳米线阵列。Wang等[59]以TiO2粉末与NaOH溶液为原料，采用水热法制得了TiO2纳米线。由于受到维度限制，TiO2纳米线表现出了特殊的性能，例如其具有导电性强、方向性好、比表面积大的优点，但同时也存在反应产物的尺寸均匀性差，可控性差等问题。图1.5静电纺丝法合成的TiO2纳米线形貌[57]Fig.1.5SEMimagesofTiO2NanowirespreparedbyElectrospinning[57]1.4TiO2纳米管阵列薄膜的性质、制备与应用纳米TiO2光催化性能优异，但是对于粉末状的纳米TiO2颗粒来说，其尺寸较小，易在水溶液中凝聚并且难以回收再利用，同时当悬浮粒子浓度超过阈值时，
化的钛酸酯纳米管进行热处理，制备了可见光响应的N掺杂TiO2纳米管(图1.8c、d)。所获得的N掺杂TiO2纳米管在可见光照射下对亚甲基蓝的光降解具有热稳定性和鲁棒性。溶剂热法能够较好地控制纳米尺寸、晶相以及窄尺寸分布，但是有机溶剂的存在使得其反应条件更加严苛。1.4.2.4阳极氧化法与上述三种制备方法相比，阳极氧化法制得的纳米管以均匀单一的管状结构在Ti衬底上生长，且其管径厚度可控、管径大小长度可调，且设备简单、成本低廉、操作简便，因而成为最主要的制备方法。阳极氧化法制备二氧化钛纳米管的装置示意图如图1.9所示。图1.9阳极氧化法制备的TiO2纳米管，其中(a)为装置示意图，(b)为制备得到的TEM图，(c)为使用阳极氧化法制备得到的TiO2纳米管的典型性质[79]Fig.1.9TiO2nanotubesarefabricatedbyanodicself-organization，(a)schematicsynthesispath,(b)typicalmorphologyinTEMimage,and(c)characteristicfeaturesofTiO2nanotubesformedbyanodicself-organization[79].根据电解液体系成分的差别，可将阳极氧化法制得的TiO2纳米管阵列(TNTAs)归为四代。2001年，Gong等[80]以0.5wt%的HF的水溶液为电解液对Ti箔阳极氧化，制得了高度有序的TiO2纳米管阵列。然而氢氟酸溶液酸性过强，导致TiO2在其中的溶解速率较大，因此纳米管长度基本都小于500nm，这种在HF电解液体系中制得的TNTAs被称为第一代TNTAs。第二代TNTAs是在含F－的缓冲溶液中制备的。第一代与第二代制得的TiO2纳米管厚度很薄并且十分粗糙，因而研究人员考虑对电解液作进一步的改良。Grimes[81]通过在NH4F+EG(乙二醇)体系中对Ti箔氧化17h制得了第三代TNTAs，得到纳米管的长度为134μm，长径比达到835。其通过用极性有机溶剂来取代水溶剂，制得含F-的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation of Au nanoparticles modified TiO2 nanotube array sensor and its application as chemical oxygen demand sensor[J]. Longqi Liang,Jiao Yin,Jinpeng Bao,Linchuan Cong,Weimin Huang,Haibo Lin,Zhan Shi. Chinese Chemical Letters. 2019(01)
[2]Review of the progress in preparing nano TiO2: An important environmental engineering material[J]. Yan Wang,Yiming He,Qinghua Lai,Maohong Fan. Journal of Environmental Sciences. 2014(11)
硕士论文
[1]沿不同取向结晶的单晶二氧化钛纳米管阵列的制备及性能[D]. 裘吕超.浙江大学 2018
本文编号：3417377
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水热法制得的TiO2纳米棒形貌[54]
浙江大学硕士毕业论文8综上所述，目前TiO2纳米棒和阵列的制备方法丰富，实验稳定性好，可重复性强。然而，制备过程中依旧存在一些问题。例如单纯使用模板法无法获得纳米棒；直接氧化法对于产物的形貌以及结构可控性较差；水热法尽管操作简单、技术成熟，然而无法获得大面积的TiO2纳米棒阵列。1.3.3TiO2纳米线TiO2纳米线是另一种典型的一维纳米结构，其结构呈细线状，长度直径比≥10，主要的制备方法有模板法、静电纺丝法、水热法等。Lei等[56]采用溶胶-凝胶法在Al2O3模板上制得了具有良好光学特性的高度有序的单晶锐钛矿型TiO2纳米线阵列。Li等[57]采用静电纺丝法首次制备了具有锐钛矿相的TiO2纳米线，合成的TiO2纳米线形貌如图1.5所示，其具有多孔结构，并且直径可控。由于静电纺丝法工艺简单且过程可控，因此受到了许多研究人员的青睐。GRIMES课题组[58]采用水热法，通过非极性溶剂和亲水基底之间发生的界面反应，在FTO导电玻璃基底表面直接生长了垂直于基底表面且致密有序的单晶TiO2纳米线阵列。Wang等[59]以TiO2粉末与NaOH溶液为原料，采用水热法制得了TiO2纳米线。由于受到维度限制，TiO2纳米线表现出了特殊的性能，例如其具有导电性强、方向性好、比表面积大的优点，但同时也存在反应产物的尺寸均匀性差，可控性差等问题。图1.5静电纺丝法合成的TiO2纳米线形貌[57]Fig.1.5SEMimagesofTiO2NanowirespreparedbyElectrospinning[57]1.4TiO2纳米管阵列薄膜的性质、制备与应用纳米TiO2光催化性能优异，但是对于粉末状的纳米TiO2颗粒来说，其尺寸较小，易在水溶液中凝聚并且难以回收再利用，同时当悬浮粒子浓度超过阈值时，
化的钛酸酯纳米管进行热处理，制备了可见光响应的N掺杂TiO2纳米管(图1.8c、d)。所获得的N掺杂TiO2纳米管在可见光照射下对亚甲基蓝的光降解具有热稳定性和鲁棒性。溶剂热法能够较好地控制纳米尺寸、晶相以及窄尺寸分布，但是有机溶剂的存在使得其反应条件更加严苛。1.4.2.4阳极氧化法与上述三种制备方法相比，阳极氧化法制得的纳米管以均匀单一的管状结构在Ti衬底上生长，且其管径厚度可控、管径大小长度可调，且设备简单、成本低廉、操作简便，因而成为最主要的制备方法。阳极氧化法制备二氧化钛纳米管的装置示意图如图1.9所示。图1.9阳极氧化法制备的TiO2纳米管，其中(a)为装置示意图，(b)为制备得到的TEM图，(c)为使用阳极氧化法制备得到的TiO2纳米管的典型性质[79]Fig.1.9TiO2nanotubesarefabricatedbyanodicself-organization，(a)schematicsynthesispath,(b)typicalmorphologyinTEMimage,and(c)characteristicfeaturesofTiO2nanotubesformedbyanodicself-organization[79].根据电解液体系成分的差别，可将阳极氧化法制得的TiO2纳米管阵列(TNTAs)归为四代。2001年，Gong等[80]以0.5wt%的HF的水溶液为电解液对Ti箔阳极氧化，制得了高度有序的TiO2纳米管阵列。然而氢氟酸溶液酸性过强，导致TiO2在其中的溶解速率较大，因此纳米管长度基本都小于500nm，这种在HF电解液体系中制得的TNTAs被称为第一代TNTAs。第二代TNTAs是在含F－的缓冲溶液中制备的。第一代与第二代制得的TiO2纳米管厚度很薄并且十分粗糙，因而研究人员考虑对电解液作进一步的改良。Grimes[81]通过在NH4F+EG(乙二醇)体系中对Ti箔氧化17h制得了第三代TNTAs，得到纳米管的长度为134μm，长径比达到835。其通过用极性有机溶剂来取代水溶剂，制得含F-的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Preparation of Au nanoparticles modified TiO2 nanotube array sensor and its application as chemical oxygen demand sensor[J]. Longqi Liang,Jiao Yin,Jinpeng Bao,Linchuan Cong,Weimin Huang,Haibo Lin,Zhan Shi. Chinese Chemical Letters. 2019(01)
[2]Review of the progress in preparing nano TiO2: An important environmental engineering material[J]. Yan Wang,Yiming He,Qinghua Lai,Maohong Fan. Journal of Environmental Sciences. 2014(11)
硕士论文
[1]沿不同取向结晶的单晶二氧化钛纳米管阵列的制备及性能[D]. 裘吕超.浙江大学 2018
本文编号：3417377
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3417377.html
