F127輔助制備WO3-TiO2復(fù)合空心微球及其光催化性能研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)氧化鈦(TiO2)是一種新型半導(dǎo)體氧化物納米功能材料，具有很多一般TiO2不具備的物理化學(xué)性能，在光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等方面有特殊性質(zhì)。其表現(xiàn)為比表面積大，表面活性大，光吸收性能好，熔點(diǎn)低，熱導(dǎo)性能好，分散性好等。由于二氧化鈦的這些特性，作為催化劑或載體、光電轉(zhuǎn)化材料、涂層材料，應(yīng)用在化工、環(huán)保、化妝品，油漆、涂料中的顏料等領(lǐng)域。二氧化鈦空心微球作為性能優(yōu)良的光催化材料，具有氧化能力強(qiáng)，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒、對可見光響

2、應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，是光電化學(xué)體系中理想的半導(dǎo)體材料，可以直接利用太陽光、普通光源凈化環(huán)境和水源，因此在光催化領(lǐng)域得到了廣泛的研究。
　　 但二氧化鈦的帶隙能級為3.2eV，禁帶較寬，容易發(fā)生電子與空穴的復(fù)合，只有在足夠強(qiáng)度的紫外線或近紫外線激發(fā)時才呈現(xiàn)高的催化活性，而在太陽光中紫外光只占一少部分，對太陽能的利用效率低，目前提高TiO2對太陽光的利用率，增大光催化活性是要解決的主要問題。
　　 本實(shí)驗(yàn)室中以鈦酸四丁酯為鈦源，采用醇

3、熱法，曾制備過無模板二氧化鈦微球，操作方法簡單，但制備的微球比表面積小，表面性質(zhì)差，光催化性能不高。因此，本論文采用模板法，以共聚物F127為模板制備二氧化鈦空心微球，并進(jìn)一步對F127的作用進(jìn)行了深入研究討論。并且為了提高TiO2的光催化活性，利用WO3對TiO2進(jìn)行復(fù)合，深入探究WO3-TiO2空心微球在形貌性能方面的特征，與純TiO2空心微球進(jìn)行對比分析。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 1.實(shí)驗(yàn)中以三段共聚物F127為模板

4、，以鈦酸四丁酯為鈦源經(jīng)醇熱法制備的二氧化鈦空心微球，是由無數(shù)的蜂窩式的孔道組成，具有形貌特征好，尺寸均勻，孔徑較大，比表面積較大的特點(diǎn)。探討了共聚物F127的用量對微球形貌和性質(zhì)的影響，得出當(dāng)共聚物F127的投加量為n(F127)∶n(Ti)=0.5％∶1，微球的形貌最好，孔徑分布均勻，比表面積最大。說明F127在制備過程中有助于擴(kuò)大孔道、控制微球形貌均勻，增大比表面積的作用。
　　 2.實(shí)驗(yàn)中深入探討了影響二氧化鈦空心微球形貌

5、的主要因素，反應(yīng)物水和鈦酸四丁酯的摩爾比、熱壓時間、熱壓溫度都在不同程度上影響其形貌。通過調(diào)控去離子水與鈦酸四丁酯之間的摩爾比，使水解和縮聚反應(yīng)達(dá)到比較適宜的速度，為空心微球的形成創(chuàng)造了條件。反應(yīng)溫度和熱壓時間在二氧化鈦空心微球形成的過程中起著關(guān)鍵作用，反應(yīng)溫度的高低和熱壓時間的長短直接決定著是否能夠得到理想的球形結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)表征分析得出制備TiO2空心微球的適宜條件為熱壓時間為4h，反應(yīng)溫度為190℃，n(H2O)∶n(Ti)

6、=1∶1。
　　 3.實(shí)驗(yàn)中將以上述條件制備出的二氧化鈦微球煅燒，除去微球中的有機(jī)成分，通過不同溫度的煅燒，對樣品進(jìn)行表征，二氧化鈦微球?qū)儆阡J鈦礦型，升高溫度并未改變其晶型，在溫度過低時，微球內(nèi)部的有機(jī)成分沒有完全除去，堆積在微球孔道內(nèi)，使得比表面積小，當(dāng)溫度過高時，晶粒長大，導(dǎo)致介孔結(jié)構(gòu)塌陷，比表面積減小。因此實(shí)驗(yàn)得出有機(jī)物被去除表面性質(zhì)最好的煅燒溫度為400℃。
　　 4.在以共聚物F127為模板劑，經(jīng)醇熱法制備二氧

7、化鈦空心微球的基礎(chǔ)上，對TiO2空心微球進(jìn)行WO3復(fù)合，通過摻入WO3，深入探究WO3-TiO2空心微球在形貌性能方面的特征，通過WO3-TiO2空心微球和純TiO2空心微球?qū)獾淖贤?可見漫反射吸收光譜分析，WO3復(fù)合后，吸收光譜由紫外光區(qū)拓寬到了可見光區(qū)，這是由于TiO2的禁帶寬度為3.2eV，而WO3的禁帶寬度為2.8eV，復(fù)合后降低了TiO2的禁帶寬度，提高了光響應(yīng)范圍。
　　 5.通過探討WO3-TiO2復(fù)合空心微球中