二氧化钛纳米材料的溶胶凝胶法制备及其光催化性能研究

发布时间：2019-11-01 17:11

【摘要】：纳米二氧化钛(Ti02)光催化材料具有氧化能力强、光催化活性高、稳定、无毒等优点,在环保领域,建筑领域,农业领域等得到了广泛的应用。本研究通过溶胶-凝胶法制备了三种不同形态的Ti02纳米材料,分别为Ti02纳米粉末,Ti02薄膜和Ti02纤维,并分别对其各项性能进行了研究。 本文首先介绍了Ti02纳米材料及其光催化机理和影响因素,突出了Ti02在光催化领域的优势。在此基础上,展开了Ti02纳米晶的溶胶凝胶法低温制备的研究,并通过添加不同的成膜剂来制备Ti02薄膜,从而达到固定Ti02的目的。研究发现Ti02薄膜的光催化活性远差于Ti02纳米晶,于是本研究又利用溶胶凝胶法制备了Ti02纤维,提高了Ti02的光催化性能,同时也固定了Ti02,并通过Au的掺入来提高Ti02纤维的光催化活性。本研究利用X-Ray衍射(XRD),透射电镜(TEM),高分辨透射电镜(HRTEM),能量弥散X射线探测器(EDS),紫外可见吸收光谱(UV-Vis Abs),原子力显微镜(AFM)及接触角等测试手段研究了Ti02的结晶性能、微观结构、亲水性能及光催化性能,主要研究如下： 在室温下,利用钛酸丁酯在过量的水中进行水解缩聚反应制得锐钛矿相的TiO2纳米晶,粒径为3-4 nm,且晶粒尺寸分布均匀。研究发现,样品的光催化活性随着水与钛酸丁酯的摩尔比n的增大先增大后减小,当n=120时,样品光催化活性最高。另外,将制得的Ti02粉末分别对甲基橙、亚甲基蓝及罗丹明B进行光降解发现,罗丹明B最易降解,其次为亚甲基蓝,甲基橙最难降解。 在水性Ti02溶胶中加入有机成膜剂(PVP、PEG)并通过喷涂法制得Ti02薄膜样品。研究结果表明,添加PVP的Ti02薄膜表面较平整,膜厚度约为600 nm；添加PEG的Ti02薄膜表面粗糙度大,膜厚约为300 nm。另外,PVP及PEG的加入均提高了Ti02薄膜的亲水性能；当加入PVP或小分子量的PEG时,薄膜光催化性较差,而加入大分子量PEG,薄膜光催化性能较好。当PEG分子量为6000,加入量为10%时,Ti02薄膜样品的各项性能最好。 采用溶胶凝胶法制备了TiO2及Au/TiO2复合纤维,研究结果表明,热处理后的Ti02呈锐钛矿结构,随着温度的升高,Ti02结晶度提高；加入的Au在Ti02纤维中形成了Au颗粒,颗粒尺寸为7-15 nm。Au的掺入显著地提高了Ti02纤维的光催化活性,且其光催化活性随着Au的掺入量的增加而增大。
【图文】：

图1.1TioZ晶型结构示意图Fig.1.1ThestrueturediagramofTiqerystallineo:纳米材料的特性材料(也称作超微粒)，是指材料粒径在1一100lun之间的微粒而成的新型凝聚体。它具有许多与传统的晶体和非晶体不同子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等113了纳米材料在熔点、蒸气压、相变温度、化学反应性、光学性性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能。量子尺寸效应。粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附连续变为离散，由于纳米颗粒所含电子数少，能级间距不再趋立的能级，由此导致纳米颗粒的催化、光学、电磁和超导等叫做量子尺寸效应。)表面效应。纳米粒子的表面原子与总原子之比随着纳米尺寸

第一章文献综述高，关键是要减少电子一空穴对的复合率，，提高电子和空穴的分离率。对空穴而言，电荷迁移的速率和概率，主要取决于导带和价带边的位置以及的氧化还原电位。热力学允许光催化氧化反应能够发生的条件是:受体导体导带电势低，供体电势要比半导体价带电势高。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O614.411;O643.36

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本文编号：2554044