锐钛矿型二氧化钛纳米材料的制备、表征及应用

发布时间：2016-12-15 14:50

  本文关键词：锐钛矿型二氧化钛纳米材料的制备、表征及应用，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2015年

锐钛矿型二氧化钛纳米材料的制备、表征及应用

赵然  

【摘要】：随着工业的迅速发展，世界人口的急剧增加，“能源”逐渐成为各个国家实力的象征和竞争的焦点。能源的过度开发和使用在给社会带来繁荣和文明的同时，也对人类的社会安定和生存环境产生了巨大的影响。寻求低成本﹑高效率﹑安全无污染的新能源和新材料成为可持续发展的唯一出路。二氧化钛纳米材料因具有安全系数高﹑结构稳定﹑无毒﹑廉价等特点，不仅可作为新型储能设备-锂离子电池的电极材料，同时还可作为光催化剂降解有机污染物，缓解环境危机，具有解决能源危机和缓解环境污染的双重意义。 二氧化钛纳米材料作为锂离子电池负极材料时，其理论比容量相对较低，仅为168mAh g-1；作为光催化剂，又具有带隙较宽﹑吸收光阈值高的缺点；且纳米二氧化钛制备工艺繁琐耗时，易于产生团聚，不适于商业化生产。本文针对以上缺点，对溶胶陈化成凝胶再水热的工艺进行改善，即将溶胶部分水解后直接溶剂热处理，制备出粒径分布均匀﹑分散性较好的锐钛矿型二氧化钛，并研究其光催化和电化学性能。 本文主要的研究内容及结果如下： （1）以钛酸四丁酯为前驱体﹑无水乙醇为溶剂﹑硝酸为抑制剂，采用溶胶凝胶结合水热法制备纳米级二氧化钛材料。并在此工艺基础上，，添加阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，采用溶胶部分水解后直接溶剂热处理的方法制备出纳米TiO2材料。设计正交实验，利用X射线衍射分析对样品的晶型、晶粒大小进行确定，采用TEM和SEM对样品的形貌、尺寸和分散性进行观察。实验表明：当n(Ti(OR)4):n(C2H5OH):n(H+):n(H2O)=1:15:0.35:4，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)相对于钛酸四丁酯的质量比为1:30时，将原料150℃恒温反应6天，并450℃煅烧4h后，制备的二氧化钛纳米材料为纯相锐钛矿，粒径尺寸在20nm以下且分散性较好。 （2）通过对甲基橙进行光催化降解，研究两种合成工艺及表面活性剂的存在对样品光催化性能的影响。实验表明，表面活性剂(SDBS)参与下的溶胶结合溶剂热法制备的二氧化钛具有较好的光催化性能，在光催化降解甲基橙60min后，降解率达到99.5%。并研究溶剂热法中不同工艺参数对二氧化钛光催化性能的影响。 （3）在最佳合成工艺条件下对比研究两种制备工艺及表面活性剂(SDBS)对纳米二氧化钛电化学性能的影响，实验结果表明，溶剂热法制备的二氧化钛具有更好的循环稳定性，在0.2C下，首次充电比容量为190.4mAh g-1，循环100圈后，其比容量几乎无衰减，且表面活性剂的存在有助于提高样品的比容量。并进一步分析溶剂热中，反应温度和反应时间对二氧化钛电化学性能的影响。研究表明，反应温度和反应时间会影响材料粒径的大小、形状的规整性及分散性，从而会对其电化学性能产生影响。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O614.411
【目录】：

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