TiO2納米管的水熱合成及光催化性能研究.pdf

1、TiO2納米管因具有量子尺寸效應(yīng)及大的比表面積，與其它納米結(jié)構(gòu)形式相比，在傳感器、光催化、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景，已成為目前國(guó)際上納米科技領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　 本文采用水熱合成法制備TiO2納米管，并對(duì)不同水熱合成時(shí)間、不同水熱合成溫度、不同有機(jī)溶劑清洗對(duì)TiO2納米管的結(jié)構(gòu)形貌、管長(zhǎng)、管徑大小的影響進(jìn)行了研究和探討。實(shí)驗(yàn)表明，TiO2納米管的管長(zhǎng)、管徑均隨著水熱合成時(shí)間的增加而增大，但當(dāng)合成時(shí)間超過(guò)48h時(shí)

2、，TiO2納米管的管長(zhǎng)、管徑均不再發(fā)生較大變化。隨著水熱合成溫度的增加，TiO2納米管的形成量也隨之而增加，且TiO2納米管的結(jié)構(gòu)形貌也更趨于理想，在150達(dá)到最佳。
　　 通過(guò)采用不同有機(jī)溶劑對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行清洗處理后發(fā)現(xiàn)，采用乙醇進(jìn)行清洗后，TiO2納米管的成團(tuán)效果和分散效果最佳，這有利于為后續(xù)的光催化降解有機(jī)物的應(yīng)用提供易于回收利用的TiO2納米管催化劑。
　　 對(duì)TiO2納米管樣品進(jìn)行焙燒，XRD衍射實(shí)驗(yàn)表明，TiO2

3、納米管的晶型結(jié)構(gòu)與其焙燒溫度有很大關(guān)系，隨著焙燒溫度的上升，樣品由偏鈦酸管轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定型TiO2納米管，300℃時(shí)晶型結(jié)構(gòu)由銳鈦礦型向金紅石型轉(zhuǎn)變。在空氣氣氛中焙燒的樣品比在氮?dú)鈿夥罩斜簾臉悠烦霈F(xiàn)金紅石型TiO2所需的焙燒溫度更低。EDX分析和XPS譜均證明樣品在氮?dú)鈿夥障卤簾龝?huì)產(chǎn)生氧空位。
　　 以亞甲基藍(lán)為光催化實(shí)驗(yàn)降解對(duì)象，研究了不同焙燒溫度條件下的TiO2納米管以及在不同焙燒氣氛中焙燒處理的TiO2納米管的光催化性能。在

4、不同焙燒氣氛中焙燒處理的TiO2納米管對(duì)光催化降解亞甲基藍(lán)反應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn)，在氮?dú)庵斜簾腡iO2納米管其光催化活性明顯要高于在空氣中焙燒的樣品，這主要是因?yàn)樵诘獨(dú)鈿夥罩斜簾腡iO2納米管因氧缺失而產(chǎn)生一定比例的氧空位，氧空位的存在可以提高TiO2納米管光催化活性，這主要有兩方面原因：一是氧空位起著電子給體的作用，并在吸附中成為特定的位置，使電子轉(zhuǎn)移更為有效，降低了電子-空穴的復(fù)合概率；二是氧空位的存在，致使原來(lái)分立的施主能級(jí)擴(kuò)展為微

5、帶，即相當(dāng)于減小了TiO2的禁帶寬度。
　　 將本課題中制備的TiO2納米管團(tuán)聚結(jié)構(gòu)用于催化劑回收性能及重復(fù)利用率研究發(fā)現(xiàn)，此團(tuán)聚結(jié)構(gòu)在經(jīng)十次實(shí)驗(yàn)重復(fù)后，其降解率占首次實(shí)驗(yàn)降解率的98.46％，而P25的降解率僅占首次實(shí)驗(yàn)降解率的13.39％，說(shuō)明TiO2納米管團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的重復(fù)使用效率明顯優(yōu)于P25，這是因?yàn)楸菊n題中制備的TiO2納米管團(tuán)聚結(jié)構(gòu)具有毛線球狀的結(jié)構(gòu)，極易快速沉淀回收，從而有效的保持了較高的催化效率。這是本論文的創(chuàng)新之