金属氧化物与金属复合纳米材料的液相可控制备及其光/电催化应用
发布时间：2021-09-05 03:20
环境污染和能源危机是21世纪人类面临的两大难题。为了解决环境与能源问题,研究者们付出了巨大的努力,并且取得了很多研究成果。在解决环境问题方面,二氧化钛（TiO2）作为光催化剂,通过控制暴露较大比例的（001）面在光照条件下可以有效地降解有机污染物。此外,为了有效解决能源问题,开发具有较高能量转换效率与较低污染排放的燃料电池成为研究者们的研究重点。在治理环境污染和缓解能源危机中,催化剂能有效地加速污染物光降解和燃料电化学氧化,扮演着重要角色。调节催化剂的表界面性质及电子结构是提高催化活性以及稳定性的重要手段。在本论文中,首先通过调节TiO2暴露的（001）晶面,实现有机污染物的高效光催化降解。然后,引入非贵金属,调节铂（Pt）和钯（Pd）纳米结构与电子结构,有效地提高催化剂的电催化氧化活性和稳定性。我们利用液相合成方法,可控制备出暴露（001）晶面的TiO2纳米颗粒、PtBi合金、Pt-Bi（OH）3和PdBi-Bi（OH）3复合纳米材料,并详细地探讨催化剂的形成机理及其光催化和电催化应用。具体工作如下:1.以两端暴露（001）面的TiO2纳米棒为基底,研究TiO2（001）晶面的形成机...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１．?（ａ）悦丨太￥广，（ｂ）金红石和（ｃ）板纟太ｆ广的晶型结构
液，使溶液ｐＨ维持在１左??右。最终将Ｓｉ基底垂直浸入生长溶液３０分钟并保持１２小时，温度维持在６０?（如??图ｌ－２ａ），得到针状的Ｔｉ０２纳米阵列（如图ｌ－２ｂ）。针状的Ｔｉ０２纳米阵列其空间??结构与密度可以根据实验参数调节，针状的枝干尺、４以在１２０?ｎｍ－１６０?ｎｍ范围内??调节。该方法是典型的硬模板法，以高分子聚合物４纳米硅作为模板，能严格地??控制针状Ｔｉ０２纳米阵列的大小和形貌。但是硬模板结构较为单一，制备出的纳米??材料形貌通常变化也较少。??ｉ?＾?１／??图１－２．计状丁丨０２纳米阵列（ａ）合成示意图与（ｂ）扫描电镜图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?（ｂ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｎｅｅｄｌｅｌｉｋｅ?ＴｉＯ：?ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｗｉｔｈ??ｏｒｄｅｒｅｄ?ｐａｔｔｅｒｎｓ．??（２）水热法??水热法是指在高压釜中，通过控制釜内温度和压力实现纳米颗粒制备的一种??方法。温度和反应物体积在很大程度上决定了高压釜的温度和压力环境。在反应??中，其温度ｎｊ？以升到反应溶剂的沸点以上，使得高压釜内达到蒸汽饱和的沉力环??境。水热法也是制备Ｔｉ０２纳米阵列的常用方法，可以调控丁！０２纳米阵列的尺、ｊ＼??晶型等。例如，Ｃａｒｕｓｏ等人以导电玻璃（ＦＴ０）为基底，ＴｉＣＵ为生长液，７０?°Ｃ??下将雄底在４长液屮浸泡３０分钟形成薄的ＴｉＣｂ居［气然后，内：将战底材料在５（）０??°（：煅烧３０分钟以便后期生长Ｔｉ０２纳米榨阵列。最后，利用水热法将长有１＾０２纳??米棒阵列种ｆ的ＦＴＯ浸入异丙醇钛（ＴＩＰ）、盐酸（ＨＣ１）和柠檬酸（Ｈａｃ）的混合
Ｉ??第一章?金属氧化物与金属复合纳米材料的液相可控制备及其光／电催化应用??液中，先１９０?°Ｃ水热１小时，再经过５００?°Ｃ锻烧１小时得到Ｔｉ〇２纳米棒阵列，??如图１－３所示。??：：三，？??”?１＿漏??Ｖ，ｆ??图１－３．?Ｔｉ０２纳米阵列（ａ）合成示意图与（ｂ）扫描电镜图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３．?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?（ｂ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＴｉＯ：?ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｗｉｔｈ?ｏｒｄｅｒｅｄ?ｐａｔｔｅｒｎｓ．??同样，如图１－４所示，Ｌｉｕ等研宂荇以ＦＴＯ为袪底制备金红石１’丨０２纳米棒阵??列［气在该体系中，前驱体Ｔｉ（ＯＨ２）６４＋可以稳定地存／｜：干ＨＣ１酸性环境中，闪此可??以很好地避免丁彳前驱体的水解，保证ｎ续丁丨０２纳米阵列持续ｆｌｌ稳定的屮长。尽菅??丁沿２纳米棒牛长的长度会有？－定限制，仴足调换新的牛长液ｎ丨以让Ｔｉ０２纳米棒阵??列继续也长。??ｍｍ??图１－４．金红石Ｔｉ〇２纳米棒的（ａ）俯视电镜图，（ｂ）连接处电镜图，（ｃ，ｄ）剖面图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｆｉｅｌｄ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ｍｔｉｌｅ?Ｔｉ〇ｚ?ｎａｎｏｒｏｄ?ｆｉｌｍ?ｇｒｏｗｎ?ｏｎ?ＦＴＯ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??ｉｎ?３０?ｍＬ?ｏｆ?ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ?ｗａｔｅｒ，?３０?ｍＬ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ?ａｃｉｄ，?ａｎｄ?１?ｍＬ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ｂｕｔｏｘｉｄｅ?ａｔ?１５０?°Ｃ??ｆｏｒ?２０?ｈ．?ａ）?Ｔｏｐ?ｖｉｅｗ，?ｂ）?ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ｖｉｅｗ，?ｃ
【参考文献】：
期刊论文
[1]A review of TiO2 nanoparticles[J]. GUPTA Shipra Mital,TRIPATHI Manoj. Chinese Science Bulletin. 2011(16)
本文编号：3384566
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１．?（ａ）悦丨太￥广，（ｂ）金红石和（ｃ）板纟太ｆ广的晶型结构
液，使溶液ｐＨ维持在１左??右。最终将Ｓｉ基底垂直浸入生长溶液３０分钟并保持１２小时，温度维持在６０?（如??图ｌ－２ａ），得到针状的Ｔｉ０２纳米阵列（如图ｌ－２ｂ）。针状的Ｔｉ０２纳米阵列其空间??结构与密度可以根据实验参数调节，针状的枝干尺、４以在１２０?ｎｍ－１６０?ｎｍ范围内??调节。该方法是典型的硬模板法，以高分子聚合物４纳米硅作为模板，能严格地??控制针状Ｔｉ０２纳米阵列的大小和形貌。但是硬模板结构较为单一，制备出的纳米??材料形貌通常变化也较少。??ｉ?＾?１／??图１－２．计状丁丨０２纳米阵列（ａ）合成示意图与（ｂ）扫描电镜图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?（ｂ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｎｅｅｄｌｅｌｉｋｅ?ＴｉＯ：?ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｗｉｔｈ??ｏｒｄｅｒｅｄ?ｐａｔｔｅｒｎｓ．??（２）水热法??水热法是指在高压釜中，通过控制釜内温度和压力实现纳米颗粒制备的一种??方法。温度和反应物体积在很大程度上决定了高压釜的温度和压力环境。在反应??中，其温度ｎｊ？以升到反应溶剂的沸点以上，使得高压釜内达到蒸汽饱和的沉力环??境。水热法也是制备Ｔｉ０２纳米阵列的常用方法，可以调控丁！０２纳米阵列的尺、ｊ＼??晶型等。例如，Ｃａｒｕｓｏ等人以导电玻璃（ＦＴ０）为基底，ＴｉＣＵ为生长液，７０?°Ｃ??下将雄底在４长液屮浸泡３０分钟形成薄的ＴｉＣｂ居［气然后，内：将战底材料在５（）０??°（：煅烧３０分钟以便后期生长Ｔｉ０２纳米榨阵列。最后，利用水热法将长有１＾０２纳??米棒阵列种ｆ的ＦＴＯ浸入异丙醇钛（ＴＩＰ）、盐酸（ＨＣ１）和柠檬酸（Ｈａｃ）的混合
Ｉ??第一章?金属氧化物与金属复合纳米材料的液相可控制备及其光／电催化应用??液中，先１９０?°Ｃ水热１小时，再经过５００?°Ｃ锻烧１小时得到Ｔｉ〇２纳米棒阵列，??如图１－３所示。??：：三，？??”?１＿漏??Ｖ，ｆ??图１－３．?Ｔｉ０２纳米阵列（ａ）合成示意图与（ｂ）扫描电镜图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－３．?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?（ｂ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＴｉＯ：?ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｗｉｔｈ?ｏｒｄｅｒｅｄ?ｐａｔｔｅｒｎｓ．??同样，如图１－４所示，Ｌｉｕ等研宂荇以ＦＴＯ为袪底制备金红石１’丨０２纳米棒阵??列［气在该体系中，前驱体Ｔｉ（ＯＨ２）６４＋可以稳定地存／｜：干ＨＣ１酸性环境中，闪此可??以很好地避免丁彳前驱体的水解，保证ｎ续丁丨０２纳米阵列持续ｆｌｌ稳定的屮长。尽菅??丁沿２纳米棒牛长的长度会有？－定限制，仴足调换新的牛长液ｎ丨以让Ｔｉ０２纳米棒阵??列继续也长。??ｍｍ??图１－４．金红石Ｔｉ〇２纳米棒的（ａ）俯视电镜图，（ｂ）连接处电镜图，（ｃ，ｄ）剖面图。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｆｉｅｌｄ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｏｒｉｅｎｔｅｄ?ｍｔｉｌｅ?Ｔｉ〇ｚ?ｎａｎｏｒｏｄ?ｆｉｌｍ?ｇｒｏｗｎ?ｏｎ?ＦＴＯ?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??ｉｎ?３０?ｍＬ?ｏｆ?ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ?ｗａｔｅｒ，?３０?ｍＬ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ?ａｃｉｄ，?ａｎｄ?１?ｍＬ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ｂｕｔｏｘｉｄｅ?ａｔ?１５０?°Ｃ??ｆｏｒ?２０?ｈ．?ａ）?Ｔｏｐ?ｖｉｅｗ，?ｂ）?ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ｖｉｅｗ，?ｃ
【参考文献】：
期刊论文
[1]A review of TiO2 nanoparticles[J]. GUPTA Shipra Mital,TRIPATHI Manoj. Chinese Science Bulletin. 2011(16)
本文编号：3384566
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