高活性復(fù)合中空二氧化鈦納米管的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、光催化技術(shù)符合建設(shè)和諧社會(huì)對(duì)“節(jié)能”和“環(huán)?！币?因此備受研究者的關(guān)注。TiO2半導(dǎo)體光催化劑具有無毒價(jià)廉、氧化還原能力強(qiáng),物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn),在光催化領(lǐng)域一直處于核心地位,特別是具有一維結(jié)構(gòu)的TiO2納米管,具有較大比表面積和較高比表面能的雙重優(yōu)點(diǎn),能有效降低光生電子空穴對(duì)的復(fù)合速率而備受關(guān)注。然而制備的TiO2納米管多為無定型結(jié)構(gòu),不具有光催化活性,而高溫?zé)崽幚磉^程往往以破壞納米管的管結(jié)構(gòu)形貌為代價(jià)使得納米管的無定型晶型轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

2、具有光催化活性的銳鈦礦晶型。并且TiO2禁帶寬度高,只能利用太陽光中的紫外光,嚴(yán)重限制了TiO2的實(shí)際應(yīng)用。 為獲得兼具有納米管形貌和銳鈦礦晶型的高光催化活性的TiO2納米管,本文首先在水熱法制備的鈦酸納米管的基礎(chǔ)上,利用實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“形貌凍結(jié)技術(shù)”,在納米管上依次包裹有機(jī)碳層和有機(jī)硅層,再通過高溫煅燒除去有機(jī)碳層,即制備了即具有端部開口形貌的納米管結(jié)構(gòu)又具有高光催化活性銳鈦礦晶型的TiNT
　　SiO2納米管;并系統(tǒng)考察了水熱

3、包裹有機(jī)碳層時(shí)間和高溫煅燒溫度對(duì)TiNT
　　SiO2納米管形貌、晶型和光催化活性的影響。以此為基礎(chǔ),采用紫外光還原法,成功的將Pt納米材料填充到納米管內(nèi)部,制備出具有更高光催化活性的Pt-TiNT
　　SiO2納米管。本文還以制備的TiNT
　　SiO2納米管為模板劑,采用紫外光還原法成功的制備出了具有規(guī)整形貌結(jié)構(gòu)的Pt納米粒子和具有一維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Pt納米線。研究結(jié)果表明: 改變水熱包裹有機(jī)碳層的時(shí)間和高溫煅燒熱處

4、理溫度,進(jìn)一步優(yōu)化了“形貌凍結(jié)法”。并確定出水熱包裹有機(jī)碳層時(shí)間9h,高溫煅燒熱處理溫度550℃煅燒2 h時(shí)制備的TiNT
　　SiO2納米管具有最佳的光催化活性,其光催化活性達(dá)到P25納米粒子的5.1倍,且同樣具有良好的端部開口和內(nèi)外面差異化的結(jié)構(gòu)特征。 以HF酸腐蝕和氨水溶液水熱處理的方法,選擇性的剝離TiNT
　　SiO2納米管的殼層SiO2層能夠制得兼具有銳鈦礦晶型和大比表面積及高比表面能的TiNT納米管。對(duì)制得的

5、TINT納米管的形貌的組成表征分析后得出TiNT
　　SiO2納米管的形成機(jī)理:高溫煅燒過程中體系受到的CO2膨脹力、TiO2收縮力和外部SiO2限制三方面力的協(xié)調(diào)作用,使制備的TiNT
　　SiO2納米管具有較大比表面積、銳鈦礦晶型、良好的管結(jié)構(gòu)形貌和獨(dú)特的管結(jié)構(gòu)特征等優(yōu)點(diǎn)。 采用紫外光還原法,以氯鉑酸為Pt前驅(qū)體,制備Pt納米粒子填充TiNT
　　SiO2納米管。納米管獨(dú)特的內(nèi)外面差異化結(jié)構(gòu)使得n納米粒子均勻的填

6、充在納米管的內(nèi)部,使其在應(yīng)用于光催化分解甲醇釋放H2時(shí)具有較高的光催化放H2效率。運(yùn)用該方法構(gòu)建的納米空間限域反應(yīng)場為后期進(jìn)行的一系列科學(xué)問題的研究打下基礎(chǔ)。 采用紫外光還原法,以具有內(nèi)外面差異化、端部開口結(jié)構(gòu)的TiNT
　　SiO2納米管為基礎(chǔ),運(yùn)用納米空間限域反應(yīng)場,能夠在2％氯鉑酸填充濃度下制備出Pt納米粒子填充TiNT
　　SiO2納米管和在6％、10％氯鉑酸填充濃度下制備出Pt納米線填充TiNT
　　SiO

7、2納米管。在高濃度HF酸完全腐蝕除去TiNT
　　SiO2納米管后制備了具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的Pt納米粒子和具有一維納米結(jié)構(gòu)的Pt納米線。對(duì)Pt納米粒子/納米線填充TiNT
　　SiO2納米管的光催化性能測試發(fā)現(xiàn),Pt納米線填充與Pt納米粒子填充TiNT
　　SiO2納米管相比具有更優(yōu)越的光催化性能,其最佳光催化性能達(dá)到Pt納米粒子負(fù)載P25納米粒子的5.1倍,大大提高了放氫速率,在清潔能源的制備、污染物處理等方面具有廣泛的應(yīng)