低維TiO2基納米材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控與光催性能研究.pdf

1、近年來(lái),由揮發(fā)性有機(jī)物所帶來(lái)的空氣污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。在眾多的治理技術(shù)中,TiO2光催化降解有機(jī)污染物作為一種理想的環(huán)境治理技術(shù)而倍受關(guān)注。芳烴特別是苯,作為室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的代表之一,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不容易被氧化降解。眾所周知,納米材料的性能顯著地依賴于其形狀與尺寸,因此獲得尺寸與形貌可控的納米材料是當(dāng)前廣大科學(xué)工作者們努力的方向。鑒于此,本文采用簡(jiǎn)單的工藝制備出了TiO2納米管陣列、一維納米TiO2、納米TiO2微球、TiO2核-殼結(jié)構(gòu)及空

2、心微球。以氣相苯為目標(biāo)降解物研究了不同形貌結(jié)構(gòu)TiO2的光催化性能,并對(duì)苯的降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1.采用恒壓陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管陣列,研究了陽(yáng)極氧化電壓及電解液種類對(duì)管陣列形貌、結(jié)構(gòu)的影響,并考察了其光催化降解氣相苯的性能。結(jié)果表明,對(duì)同一電解液體系,TiO2納米管陣列的形成需要特定的氧化電壓,且納米管的管徑、管長(zhǎng)隨氧化電壓的提高而增大；電解液種類是獲得大長(zhǎng)徑比TiO2納米管陣列的關(guān)鍵,

3、在具有高的介電常數(shù)和粘度系數(shù)的有機(jī)電解液中,可以制備出更長(zhǎng)的納米管。光催化降解氣相苯的性能顯示,在甘油／水的混合溶液中制備的TiO2納米管陣列其光催化活性較高,說(shuō)明合適的長(zhǎng)徑比對(duì)納米管陣列的光催化活性至關(guān)重要。
　　 2.對(duì)在甘油／水混合溶液中制備的TiO2納米管陣列進(jìn)行Ag和CdS納米顆粒的修飾,并考察了不同修飾量對(duì)光催化降解氣相苯性能的影響。結(jié)果表明,通過(guò)Ag和CdS修飾后的納米管陣列薄膜的光催化性能得到明顯提高,這是因?yàn)橐?/p>

4、定量的修飾會(huì)阻止光生載流子的復(fù)合,但過(guò)量的修飾會(huì)重新形成復(fù)合中心而導(dǎo)致光催化性能的下降。通過(guò)Ag修飾的納米管陣列整體的光催化性能要高于CdS修飾的納米管陣列,這是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)是在紫外光區(qū)進(jìn)行的光催化性能測(cè)試,而CdS修飾的納米管陣列的光催化性能優(yōu)勢(shì)在可見(jiàn)光區(qū)。
　　 3.利用二氧化鈦納米粉做原料,在強(qiáng)堿性的條件下,采用簡(jiǎn)單的水熱法制備出了不同形貌的一維納米TiO2,考察了水熱溫度、水熱時(shí)間及NaOH濃度對(duì)樣品形貌結(jié)構(gòu)的影響,并將所

5、制備的一維納米材料進(jìn)行光催化降解氣相苯的研究。結(jié)果表明,通過(guò)改變水熱溫度可有效制備出一維TiO2納米管、納米線及納米帶,且所制備的一維材料具有較高的比表面積。光催化降解氣相苯的結(jié)果顯示納米管具有較高的光催化活性,這是因?yàn)榧{米管具有較高的比表面積和兩端開(kāi)口的形貌結(jié)構(gòu),使得光生載流子在其中沿著一維長(zhǎng)軸方向的傳遞減少了光生載流子的損失。
　　 4.采用水熱法,以四氯化鈦為鈦源,以尿素為沉淀劑前驅(qū)物,在水-醇體系中,以硫酸鈉為分散劑制備

6、出了納米二氧化鈦微球,并考察了水熱溫度及水熱時(shí)間對(duì)微球結(jié)構(gòu)及光催化性能的影響。結(jié)果表明此類微球由更小的納米顆粒組成,且比表面積大,介孔結(jié)構(gòu)明顯。光催化降解氣相苯的結(jié)果顯示,微球具有很高的光催化活性,僅用35min左右將苯完全去除,但CO2的量仍隨時(shí)間有所增加,表明微球強(qiáng)的吸附性能對(duì)光催化降解過(guò)程起到促進(jìn)作用。
　　 5.在所制備的納米TiO2微球的基礎(chǔ)上,以硫酸銨為分散劑,通過(guò)改變水熱時(shí)間制備出TiO2核-殼結(jié)構(gòu)及空心微球,并考

7、察了水熱時(shí)間及溫度對(duì)微球結(jié)構(gòu)及光催化性能的影響。結(jié)果表明,微球不同形貌結(jié)構(gòu)的形成是通過(guò)Ostwald熟化機(jī)理實(shí)現(xiàn)的,都具有較大的比表面積及介孔結(jié)構(gòu)。光催化降解氣相苯的結(jié)果顯示,具有適當(dāng)?shù)暮?殼結(jié)構(gòu)的微球顯示出高的光催化性能,除了高的比表面積外,光在此類微球中具有較高吸收率也是導(dǎo)致高光催化活性的原因。
　　 6.以TiO2一維納米管為光催化劑,考察了其用量、接觸面積及苯的初始濃度對(duì)光催化反應(yīng)的影響；分別以TiO2納米管和核-殼結(jié)構(gòu)