聚苯胺包覆二氧化钛二维纳米片的合成与性能研究

发布时间：2017-08-21 18:22

  本文关键词：聚苯胺包覆二氧化钛二维纳米片的合成与性能研究

  更多相关文章： 二维结构 纳米片 TiO_2 电流变 光催化

【摘要】：近年来,二氧化钛作为光电材料受到广泛关注。一方面,它本身具有一定的光催化性能,尤其是通过纳米化及各种形式的掺杂改性,二氧化钛类材料的光催化性能能得到了极大的改善,使得其在光催化领域具有独到的地位。另一方面,由于二氧化钛具有很高的介电常数,在半导体、二极管、电流变流体等方面也具有广泛、深入的应用。二维纳米材料是近年来材料领域研究的热点,其拥有独特的光学和电学性能,在润滑材料、光电材料、显示材料、高效催化材料、储氢材料、气敏材料等中都有极广的应用前景。因此,制备出二维结构的二氧化钛纳米片材料,并将其应用于电流变领域和光催化领域具有重要意义。基于以上目的,本论文作了以下几个方面的研究:(1)使用锐钛型纳米TiO_2,以过硫酸铵为引发剂,以浓盐酸为酸性调节剂,与苯胺在0~5 oC下发生聚合反应,合成了具有二维结构的聚苯胺复合二氧化钛纳米片(PANI@TiO_2)。并使用原子力显微镜(AFM),扫描电子显微镜(SEM),透射电镜(TEM),X-射线衍射仪(XRD),傅立叶红外转换仪(FTIR),热重分析仪(TG)等对复合材料的结构、形貌及热稳定性进行了表征。结果表明,所合成的PANI@TiO_2为典型的二维纳米片状包覆材料,平均厚度在3 nm左右,大小为100nm左右。(2)以PANI@TiO_2为分散相材料,配制了其硅油悬浮液,在直流流变仪上进行了电流变效应测试,研究了其电流变性能;探究了分散相浓度、掺杂条件,操作温度等对PANI@TiO_2流体的电流变性能的影响,并将其与相同条件下合成的聚苯胺电流变流体进行了对比。结果表明,PANI@TiO_2体系具有比聚苯胺体系更优异的电流变性能。在电场作用下,浓度为5wt%、pH=9的PANI@TiO_2硅油体系的剪切应力、粘度、静态屈服应力、储能模量、损耗模量等都随电场强度增强而增大,具有很明显的ER效应;浓度增加,PANI@TiO_2流体的电流变效应增强;掺杂pH值显著影响着材料的电流变性能,pH=9的PANI@TiO_2硅油体系具有最佳的ER响应。PANI@TiO_2硅油体系的屈服应力随温度线性增加,而粘度随温度升高而降低,具有二次线性关系。PANI@TiO_2硅油体系的流变行为分析结果表明,体系的流变曲线都较好地符合CCJ和Bingham模型,且其屈服应力与电场的二次方呈正比关系。(3)研究了二维纳米片PANI@TiO_2作为光催化材料,在紫外光辐照下催化降解亚甲基蓝染料(MB)的性能,通过改变催化剂的量、pH值探究了影响PANI@TiO_2的光催化活性的因素。实验表明,PANI@TiO_2对10 mg/L的MB具有一定的降解,光照120 min,光催化效率达到84%以上;通过循环利用5次后,对MB的降解效果仍有77%。
【关键词】：二维结构 纳米片 TiO_2 电流变 光催化
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 二氧化钛的基本性质10-11
• 1.1.1 二氧化钛的物理性质10
• 1.1.2 二氧化钛的化学性质10-11
• 1.2 二氧化钛纳米片的合成方法11-12
• 1.2.1 溶胶-凝胶法11
• 1.2.2 气相沉淀法11
• 1.2.3 水热合成法11-12
• 1.3 二氧化钛电流变材料的研究12-17
• 1.3.1 电流变液的组成12
• 1.3.2 电流变效应的机理12-14
• 1.3.3 电流变效应的影响因素14-15
• 1.3.4 二氧化钛电流变材料研究现状15-17
• 1.4 二氧化钛光催化技术的研究与应用17-26
• 1.4.1 光催化机理17-19
• 1.4.2.二氧化钛光催化性能改性研究进展19-24
• 1.4.3 二氧化钛光催化技术的应用24-26
• 1.5 本论文的研究思路及目的26-28
• 第2章 PNAI@TiO_2二维纳米片的制备28-36
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-30
• 2.2.1 试剂及仪器29
• 2.2.2 PANI@TiO_2纳米片的制备29-30
• 2.2.3 PANI@TiO_2纳米片的掺杂30
• 2.3 PANI@TiO_2纳米片的表征30-31
• 2.3.1 表征仪器30
• 2.3.2 表征方法30-31
• 2.4 结果与讨论31-35
• 2.4.1 PANI@TiO_2纳米片的结构表征31-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 PANI@TiO_2二维纳米片电流变性能研究36-54
• 3.1.引言36-37
• 3.2 电流变流体的制备与测试37-38
• 3.2.1 电流变性能测试仪器37
• 3.2.2 电流变悬浮液的制备37
• 3.2.3 电流变性能测试方法37-38
• 3.3 结果与讨论38-52
• 3.3.1 5wt% PANI@TiO_2纳米片流变效应38-43
• 3.3.2 浓度对PANI@TiO_2纳米片流变效应的影响43-46
• 3.3.3 掺杂条件对PANI@TiO_2纳米片流变效应的影响46-49
• 3.3.4 温度的影响49
• 3.3.5 电流变效应解析49-51
• 3.3.6 介电常数51-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第4章 PANI@TiO_2二维纳米片的光催化性能研究54-62
• 4.1 引言54-55
• 4.2 光催化降解性能测试55-57
• 4.2.1 测试试剂和仪器55
• 4.2.2 标准溶液的配制55-56
• 4.2.3 PANI@TiO_2纳米片掺杂56
• 4.2.4 光催化性能测试方法56-57
• 4.3 结果与讨论57-60
• 4.3.1 光催化降解效果比较57-58
• 4.3.2 不同催化剂量紫外光催活性比较58-59
• 4.3.3 不同pH的催化剂紫外光催活性比较59
• 4.3.4 循环使用能力59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-73
• 致谢73-74
• 个人简历74-75
• 附录（攻读学位期间发表及完成论文目录）75

，

本文编号：714410