Ti基TiO2納米結(jié)構(gòu)的水熱生長(zhǎng)機(jī)理及光電化學(xué)性能研究.pdf

1、TiO2納米材料因?yàn)榫哂袃?yōu)異的物理化學(xué)性能而在光催化降解有機(jī)污染物、光解水、太陽能電池、氣敏傳感器等方面展現(xiàn)了良好的應(yīng)用潛力。鈦酸鈉被認(rèn)為是很有前景的制備TiO2納米材料的前驅(qū)體材料，其在轉(zhuǎn)化成TiO2時(shí)可以通過拓?fù)渥儞Q而保持原有形貌。由于納米材料的應(yīng)用性能與晶型、形貌等存在很大的聯(lián)系，所以對(duì)鈦酸鈉前驅(qū)體的形貌可控制備及生長(zhǎng)機(jī)理的探討對(duì)于優(yōu)化TiO2的形貌及性能起到非常大的作用。
　　本文采用水熱法制備TiO2納米結(jié)構(gòu)，以Ti基底

2、作為鈦源，在NaOH溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到TiO2的前驅(qū)體鈦酸鈉，其經(jīng)過酸化及煅燒處理之后得到TiO2納米結(jié)構(gòu)。本文將探討鈉鹽添加劑和有機(jī)溶劑對(duì)鈦酸鈉前驅(qū)體生長(zhǎng)的影響及可能的生長(zhǎng)機(jī)理，并且對(duì)鈦酸鈉前驅(qū)體煅燒之后得到的TiO2納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行光電化學(xué)性能比較。
　　本論文的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)論分為以下三個(gè)部分：
　?、偬接懹袡C(jī)溶劑對(duì) Ti基鈦酸鈉生長(zhǎng)的影響。以金屬 Ti基底作為鈦源，在NaOH溶液中采用水熱法制備鈦酸鈉，通過純水混

3、合不同比例的有機(jī)溶劑來研究鈦酸鈉的生長(zhǎng)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明，在 NaOH純水溶液中水熱反應(yīng)得到了鈦酸鈉納米管結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度達(dá)到微米級(jí)，具有較厚管壁(8-10 nm)，管壁非對(duì)稱。有機(jī)溶劑乙二醇會(huì)使鈦酸鈉納米管團(tuán)聚在一起形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，而乙醇有利于納米片的形成。這主要是由于有機(jī)溶劑蒸汽壓及極性的不同，溶液蒸汽壓大、極性小有利于鈦酸鈉納米片的生成。
　?、谔接戔c鹽添加劑對(duì)Ti基鈦酸鈉生長(zhǎng)的影響。同樣以金屬Ti基底作為鈦源，在 NaOH水溶液

4、中采用水熱法制備鈦酸鈉，通過添加不同種類的鈉鹽來研究鈦酸鈉的生長(zhǎng)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明NaCl的加入有利于鈦酸鈉納米片的生成，而NaF及NaBr的加入對(duì)納米片的生成作用較小，體系中仍然生成納米管結(jié)構(gòu)，這與不同陰離子的作用有關(guān)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)鈉鹽加入到水-有機(jī)溶劑混合體系中時(shí)會(huì)降低體系蒸汽壓，有利于鈦酸鈉納米管的生成。
　?、蹖?duì)Ti基鈦酸鈉前驅(qū)體煅燒后形成的TiO2納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行光電化學(xué)性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)幾種TiO2納米管的光電化學(xué)性能較接近，較

5、小的差異來自于納米管管徑的不同；加入 NaCl后所形成的 TiO2納米片具有比納米管更好的光電化學(xué)性能，這可能與不同暴露晶面有關(guān)；加入乙醇后所形成的TiO2納米片比納米管性能好的原因是納米片負(fù)載量比較多，真實(shí)表面積比較大；加入乙二醇后納米管性能最差，可能的原因?yàn)槿S網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)坍塌，導(dǎo)致樣品接收光照面積減少。
　　本論文的研究工作可以為形貌可控制備鈦酸鈉或TiO2納米材料提供方法手段參考，為進(jìn)一步探討鈦酸鈉或TiO2納米材料的性能及