基于天然纖維素物質的二氧化鈦納米復合材料的制備及性質研究.pdf

1、伴隨著全球經濟和工業(yè)的飛速發(fā)展，化石燃料等不可再生燃料將日趨枯竭，環(huán)境污染等問題也日益嚴重，因此人們開始致力于研究開發(fā)環(huán)境友好型的功能性材料。纖維素物質廣泛存在于自然界中，具有無毒性、柔韌性、多孔性、生物降解性和相容性等優(yōu)點，因此，可以利用纖維素為模板或支架，將客體材料引入纖維素的獨特天然結構中，制備新型纖維素功能材料。二氧化鈦納米材料由于具有獨特的物理化學性質而廣泛應用于光催化、抗菌、太陽能電池以及鋰離子電池等方面的研究。本文以天然纖

2、維素（普通定量濾紙）為模板或支架，以鈦酸四丁酯為前體物，通過表面溶膠-凝膠的方法在纖維素納米纖維的表面沉積二氧化鈦超薄凝膠膜，隨后通過不同的后處理方法，得到了各種具有特定性質和結構的二氧化鈦功能復合材料，主要結論如下:
　　1、金紅石型二氧化鈦/石墨復合材料:將通過表面溶膠-凝膠法制備的二氧化鈦凝膠膜/纖維素復合材料在1300℃，Ar氛圍中碳化，得到了金紅石型二氧化鈦/石墨復合材料。碳化過程中，纖維素納米纖維轉變成具有核殼結構的碳

3、纖維，與此同時，無定型的二氧化鈦超薄凝膠膜轉變成金紅石型二氧化鈦納米顆粒。由于二氧化鈦凝膠膜和纖維素的協同作用，阻止了纖維素納米纖維和二氧化鈦在碳化過程中的燒結和聚集，使得該金紅石型二氧化鈦/石墨復合材料具有較大的比表面積。將該復合材料用于亞甲藍水溶液的脫色研究，結果表明其對亞甲藍水溶液在高壓汞燈照射下的脫色具有較好的催化效果。此外，由于金紅石型二氧化鈦/石墨復合材料中含有石墨型的碳，因此其還具有一定的導電性。
　　2、銳鈦礦/金

4、紅石型二氧化鈦納米管復合材料:將通過表面溶膠-凝膠法制備的二氧化鈦凝膠膜/纖維素復合薄片在空氣中煅燒，得到了銳鈦礦型二氧化鈦納米管，隨后以鈦酸四丁酯為前體物，通過水熱的方法，在銳鈦礦型二氧化鈦表面生長金紅石型二氧化鈦，得到了異質結構的銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復合材料。這樣的一種異質結構有利于實現光生電子和空穴的分離，提高材料的光催化活性。光催化實驗結果表明，銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復合材料對亞甲基藍分子的光降解顯示了很好的催化效果。

5、r>　　3、銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素復合材料:通過兩種不同的方法制備了銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素復合材料。(1)將通過表面溶膠-凝膠法制備的二氧化鈦凝膠膜/纖維素復合薄片在水和乙醇介質中進行水熱反應，制備了銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素復合材料。在水熱反應過程中，超薄的二氧化鈦凝膠膜轉變成了銳鈦礦型二氧化鈦納米顆粒，均勻地分散在每根纖維素納米纖維的表面。由于該銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素復合材料具有較大的比表面積，有利于染料分子的吸附，提高了材料的

6、光催化效果。光催化實驗結果表明，該材料對亞甲藍和甲基橙分子的降解都具有較好的光催化效果。(2)以二氧化鈦凝膠膜/纖維素復合材料為模板，加入至含有鈦酸四丁酯的乙醇溶液中，通過溶劑熱的方法將鈦酸四丁酯均勻地吸附在纖維素納米纖維的表面，隨后進行水熱反應，將鈦酸四丁酯轉變成了銳鈦礦型二氧化鈦納米顆粒，得到了銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素復合材料。這種方法解決了鈦酸四丁酯在水溶液中因快速水解而導致顆粒聚集的問題。天然纖維素的多級層次網狀結構為鈦酸四丁酯

7、提供了很多吸附通道，纖維物物質的納米孔隙結構又可以為鈦酸四丁酯的水解提供細小的空間，阻止了大顆粒二氧化鈦的形成，因此通過這種方法制備的二氧化鈦納米顆粒的粒徑很小，具有較大的比表面積，使得該材料對有機染料的降解具有較好的光催化效果。此外，通過光還原的方法在銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素復合材料表面修飾銀納米顆粒，得到了銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素-銀納米顆粒復合材料，該材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都具有較明顯的抗菌效果。
　　4、銳鈦礦/金

8、紅石型二氧化鈦-銀納米顆粒復合材料:通過銀鏡反應，將銀納米顆粒修飾到結論2中制備的銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復合材料的表面，得到了銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦-銀納米顆粒的復合材料。由于銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復合材料的比表面積比較大，導致其銀的負載量比較大，提高了銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復合材料的導電性。將該復合材料應用于鋰離子電池負極材料的性能研究，結果表明，該復合材料顯示了較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
　　5、二氧化鈦/氧化銦錫復