二氧化鈦光催化性能研究及納米復合材料的制備.pdf

1、二氧化鈦半導體材料由于其強氧化性、化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒和價格低廉等優(yōu)點而被廣泛應用于氣體傳感器、太陽能電池、污水處理和空氣凈化等領域。然而由于二氧化鈦的禁帶寬度較大(銳鈦型及金紅石型二氧化鈦的禁帶寬度分別為3.2eV和3.0eV),只能吸收紫外光,而紫外光僅占太陽光的5％左右,對太陽能的利用率低。因此使二氧化鈦對可見光產(chǎn)生響應從而提高二氧化鈦半導體材料的太陽光利用效率是目前的研究熱點。不同形態(tài)結構的二氧化鈦半導體材料由于其獨特的性能在不同

2、的領域有各自潛在的應用。一維納米結構材料(納米線、納米棒、納米管、納米棒)由于其獨特的幾何結構及新奇的物理化學性能而在納米器件、藥物釋放、微電子和納米傳感器等領域具有潛在的應用。靜電紡絲技術是制備一維二氧化鈦納米材料相對簡單通用的方法。本論文采用簡單可行的非水溶膠-凝膠法,以四氯化鈦為前驅(qū)體,以乙醇為溶劑,不需要添加任何穩(wěn)定劑即可成功制備帶有醇鹽結構的二氧化鈦納米粉體,然后利用二氧化鈦納米粉體制備了銳鈦型二氧化鈦水溶膠、DMF溶膠和碳摻

3、雜二氧化鈦納米粉體。并利用銳鈦型二氧化鈦水溶膠的光催化聚合反應制備了PMMA/二氧化鈦納米雜化材料;以銳鈦型二氧化鈦DMF溶膠及PMMA聚合物為紡絲液,利用靜電紡絲技術制備PMMA/銳鈦型二氧化鈦復合纖維,經(jīng)過高溫處理得到了具有可見光響應碳摻雜二氧化鈦納米纖維,并以亞甲基藍為降解模型考察了碳摻雜二氧化鈦納米纖維的光催化降解活性;利用碳摻雜的二氧化鈦納米粉體在可見光下催化聚合制備PMMA聚合物,并對聚合產(chǎn)物進行了一系列的表征。本論文的主要

4、研究工作和結果如下:
　　(1)利用非水溶膠一凝膠法簡單方便的合成了結晶二氧化鈦納米粉體,把制備得到的二氧化鈦納米粉體分散到水中即可得到不同質(zhì)量濃度的二氧化鈦水溶膠。同時將二氧化鈦納米粉體分散到DMF溶劑中得到了不同質(zhì)量濃度的二氧化鈦DMF溶膠。當二氧化鈦含量較低時,兩種溶膠均保持較好的光學透明性和存放穩(wěn)定性。XRD測試表明制備得到的二氧化鈦水溶膠及DMF溶膠中的二氧化鈦納米顆粒保持了初始納米粒子的銳鈦型結晶結構,且結晶度較高。D

5、LS測試顯示隨著二氧化鈦質(zhì)量濃度的增加,溶膠中的二氧化鈦顆粒的尺寸也逐漸增大。
　　(2)不同含量的MAA偶聯(lián)劑對二氧化鈦水溶膠進行了表面改性,FT-IR分析證明MAA對二氧化鈦的改性是有效的。利用改性后的二氧化鈦水溶膠對MMA單體進行光催化聚合制備了PMMA/二氧化鈦雜化材料。結果顯示MAA的引入有助于二氧化鈦納米粒子在PMMA聚合物基體中的均勻分散,從而有助于提高雜化材料的玻璃化溫度、熱穩(wěn)定性和光學透明性。
　　(3)利

6、用靜電紡絲技術,以PMMA聚合物和銳鈦型二氧化鈦DMF溶膠為紡絲液制備了PMMA/結晶二氧化鈦雜化纖維。再經(jīng)高溫處理得到具有可見光響應的銳鈦型碳摻雜二氧化鈦納米纖維。XRD分析證明PMMAY二氧化鈦雜化纖維中的無機組分仍保留了銳鈦型二氧化鈦的晶型。XPS結果表明可以通過對PMMA/二氧化鈦雜化纖維的高溫處理得到了碳摻雜二氧化鈦納米纖維。相對于PMMA/二氧化鈦雜化纖維而言,碳摻雜二氧化鈦納米纖維表現(xiàn)出更高的可見光催化活性。具有可見光吸收

7、的碳摻雜二氧化鈦納米纖維在污水處理及空氣凈化領域具有潛在的應用。
　　(4)利用制備得到的二氧化鈦納米粉體,經(jīng)過熱處理得到了碳摻雜二氧化鈦納米粉末。XRD分析表明碳摻雜的二氧化鈦納米粉體具有完美的銳鈦型結晶相。根據(jù)XPS分析可知,制備得到的碳摻雜的二氧化鈦納米粉體具有兩種摻雜形式碳原子。UV-Vis測試表明碳摻雜二氧化鈦納米粉體除了在紫外區(qū)域具有強的吸收之外,對可見光也具有很好的響應。利用碳摻雜二氧化鈦納米粉體在可見光條件下成功合