微波合成新型光催化材料及其光催化性能的研究.pdf

1、材料的性能與其晶粒尺寸存在密切的關(guān)系，當(dāng)材料的晶粒尺寸減小到納米級(jí)時(shí)，其性能將發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變。無(wú)機(jī)納米材料由于其尺度降低到納米級(jí)，相對(duì)于塊體材料，有著獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，納米尺度的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)等決定了無(wú)機(jī)納米材料在催化、光電、生物等領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用前景。而微波合成技術(shù)也是具有巨大應(yīng)用前景的技術(shù)。它是一種新型綠色的化學(xué)方法，已被廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)納米材料的合成領(lǐng)域。傳統(tǒng)的水熱法通過(guò)熱輻射，熱對(duì)流，熱傳

2、導(dǎo)的由外到內(nèi)的加熱模式，而微波利用材料在電磁場(chǎng)中的介電損耗產(chǎn)生的熱效應(yīng)進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)了體系均勻受熱，大大提高了反應(yīng)效率，并且對(duì)于降低副反應(yīng)、增加產(chǎn)量、改善重現(xiàn)性等都具有相當(dāng)突出的作用。先進(jìn)微波反應(yīng)設(shè)備的在線程序控溫控壓，可以靈活多變的控制反應(yīng)，不同加熱介質(zhì)選擇也對(duì)合成不同形貌結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)納米材料起著決定性作用，因此將微波合成技術(shù)與不同的加熱介質(zhì)相結(jié)合，研究其對(duì)納米材料形貌、結(jié)構(gòu)、性能的影響具有其獨(dú)特的意義。本研究主要內(nèi)容包括：
　　

3、⑴微波離子熱合成高能面暴露多孔二氧化鈦介晶的制備及其在光催化氧化NOx中的應(yīng)用。一般情況下，使用傳統(tǒng)硬模板法制備介孔材料比較難以控制它的形貌和晶面暴露。我們通過(guò)將晶種預(yù)植在具有介孔孔道的載體上，并且以離子液體這種綠色溶劑作為晶面控制劑和導(dǎo)向劑，在微波輔助離子熱的作用下讓其均勻生長(zhǎng)成介孔單晶。在合成過(guò)程中，選用MCM-41小球作為合成的模板，MCM-41小球具有較短的孔道結(jié)構(gòu)，在合成過(guò)程中易于晶種的灌入及促進(jìn)二氧化鈦在其中的生長(zhǎng)。此外，采

4、用1-甲基咪唑四氟硼酸離子液體這種綠色溶劑做為晶面控制劑和導(dǎo)向劑，得到了｛001｝和｛010｝高能面暴露的二氧化鈦介晶，并且合成的材料晶體尺寸大小可控，且獲得的樣品形貌為大小均一的單分散立方塊。合成的特殊晶面立方塊銳鈦礦相二氧化鈦介晶在光催化氧化NOx中表現(xiàn)出很好的活性。
　?、莆⒉ㄝo助合成銅納米線/ZIF-8復(fù)合材料應(yīng)用于氨硼烷產(chǎn)氫。銅納米線具有一維納米材料的特性，但是當(dāng)其應(yīng)用于氨硼烷產(chǎn)氫時(shí)，由于它自身較小的比表面積、較低的催化

5、活性、較差的穩(wěn)定性等限制了銅納米線在這一反應(yīng)中的應(yīng)用。而ZIF-8由于其較大的比表面積、較大的孔隙率，因而在在氨硼烷產(chǎn)氫反應(yīng)中能提高銅納米線的催化效率及循環(huán)活性。我們采用微波輔助的方法在銅納米線上生長(zhǎng)ZIF-8顆粒，此種方法合成出來(lái)的復(fù)合材料具有良好的結(jié)晶度和均勻的顆粒尺寸。通過(guò)增加銅線的量，生長(zhǎng)在其上的ZIF-8顆粒尺寸大小會(huì)逐漸減小并且生長(zhǎng)的顆粒也會(huì)有更加完整的覆蓋度。復(fù)合材料應(yīng)用于氨硼烷產(chǎn)氫反應(yīng)當(dāng)中顯示了良好的催化活性
　　

6、⑶微波輔助合成碳納米管/ZIF-8復(fù)合材料應(yīng)用于光還原CO2。碳納米管具有良好的傳遞電子的能力，但其比表面積小限制了它的應(yīng)用。ZIF-8具有較大的比表面積，對(duì)于CO2有良好的吸附活性，但是ZIF-8在光激發(fā)下產(chǎn)生的光生電子和空穴的高復(fù)合率導(dǎo)致限制其在光催化中的應(yīng)用。我們采用微波輔助的方法，合成了一維納米結(jié)構(gòu)的碳納米管/ZIF-8納米復(fù)合材料.在合成過(guò)程中我們選用水這種綠色溶劑作為溶劑進(jìn)行反應(yīng)，合成得到的材料具有高結(jié)晶度和一維串聯(lián)納米結(jié)構(gòu)