無機離子對TiO 2 納米管陣列光催化性能的影響研究
發(fā)布時間：2021-10-01 06:59
TiO2納米管陣列具有良好的光電性能、化學穩(wěn)定性、可重復利用性等,因此在降解有機物、染料敏化太陽能電池以及光催化制氫等領域都有著廣泛的應用。但是工業(yè)污水中存在較多的無機離子會對TiO2光催化性能造成一定的影響,盡管也有一些研究來探討其中機理,但是大家仍未能夠達成共識。另外,目前大多數(shù)的研究都是以鈦片為基底制備樣品,而鈦片不透光會導致光利用率較低,增加工業(yè)生產(chǎn)的運營與維護成本。這些問題都會阻礙二氧化鈦光催化技術在工業(yè)應用上的推廣。為解決上述問題,本文在實驗室采用鈦片基底制備TiO2納米管陣列的基礎上,采用陽極氧化法與慢速升溫熱處理工藝成功制備了鈦網(wǎng)基TiO2納米管陣列,并著重研究了液相無機離子對其光催化性能的影響。具體成果簡介如下:（1）探究了印染污水中的無機陰離子對光催化性能的影響。發(fā)現(xiàn)SO42-的存在能夠顯著提高光催化反應活性,反應常數(shù)為無添加組的1.28倍,而CO32-、PO4...
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
水熱法制得的TiO2納米棒形貌[54]
浙江大學碩士畢業(yè)論文8綜上所述，目前TiO2納米棒和陣列的制備方法豐富，實驗穩(wěn)定性好，可重復性強。然而，制備過程中依舊存在一些問題。例如單純使用模板法無法獲得納米棒；直接氧化法對于產(chǎn)物的形貌以及結構可控性較差；水熱法盡管操作簡單、技術成熟，然而無法獲得大面積的TiO2納米棒陣列。1.3.3TiO2納米線TiO2納米線是另一種典型的一維納米結構，其結構呈細線狀，長度直徑比≥10，主要的制備方法有模板法、靜電紡絲法、水熱法等。Lei等[56]采用溶膠-凝膠法在Al2O3模板上制得了具有良好光學特性的高度有序的單晶銳鈦礦型TiO2納米線陣列。Li等[57]采用靜電紡絲法首次制備了具有銳鈦礦相的TiO2納米線，合成的TiO2納米線形貌如圖1.5所示，其具有多孔結構，并且直徑可控。由于靜電紡絲法工藝簡單且過程可控，因此受到了許多研究人員的青睞。GRIMES課題組[58]采用水熱法，通過非極性溶劑和親水基底之間發(fā)生的界面反應，在FTO導電玻璃基底表面直接生長了垂直于基底表面且致密有序的單晶TiO2納米線陣列。Wang等[59]以TiO2粉末與NaOH溶液為原料，采用水熱法制得了TiO2納米線。由于受到維度限制，TiO2納米線表現(xiàn)出了特殊的性能，例如其具有導電性強、方向性好、比表面積大的優(yōu)點，但同時也存在反應產(chǎn)物的尺寸均勻性差，可控性差等問題。圖1.5靜電紡絲法合成的TiO2納米線形貌[57]Fig.1.5SEMimagesofTiO2NanowirespreparedbyElectrospinning[57]1.4TiO2納米管陣列薄膜的性質(zhì)、制備與應用納米TiO2光催化性能優(yōu)異，但是對于粉末狀的納米TiO2顆粒來說，其尺寸較小，易在水溶液中凝聚并且難以回收再利用，同時當懸浮粒子濃度超過閾值時，
化的鈦酸酯納米管進行熱處理，制備了可見光響應的N摻雜TiO2納米管(圖1.8c、d)。所獲得的N摻雜TiO2納米管在可見光照射下對亞甲基藍的光降解具有熱穩(wěn)定性和魯棒性。溶劑熱法能夠較好地控制納米尺寸、晶相以及窄尺寸分布，但是有機溶劑的存在使得其反應條件更加嚴苛。1.4.2.4陽極氧化法與上述三種制備方法相比，陽極氧化法制得的納米管以均勻單一的管狀結構在Ti襯底上生長，且其管徑厚度可控、管徑大小長度可調(diào)，且設備簡單、成本低廉、操作簡便，因而成為最主要的制備方法。陽極氧化法制備二氧化鈦納米管的裝置示意圖如圖1.9所示。圖1.9陽極氧化法制備的TiO2納米管，其中(a)為裝置示意圖，(b)為制備得到的TEM圖，(c)為使用陽極氧化法制備得到的TiO2納米管的典型性質(zhì)[79]Fig.1.9TiO2nanotubesarefabricatedbyanodicself-organization，(a)schematicsynthesispath,(b)typicalmorphologyinTEMimage,and(c)characteristicfeaturesofTiO2nanotubesformedbyanodicself-organization[79].根據(jù)電解液體系成分的差別，可將陽極氧化法制得的TiO2納米管陣列(TNTAs)歸為四代。2001年，Gong等[80]以0.5wt%的HF的水溶液為電解液對Ti箔陽極氧化，制得了高度有序的TiO2納米管陣列。然而氫氟酸溶液酸性過強，導致TiO2在其中的溶解速率較大，因此納米管長度基本都小于500nm，這種在HF電解液體系中制得的TNTAs被稱為第一代TNTAs。第二代TNTAs是在含F(xiàn)－的緩沖溶液中制備的。第一代與第二代制得的TiO2納米管厚度很薄并且十分粗糙，因而研究人員考慮對電解液作進一步的改良。Grimes[81]通過在NH4F+EG(乙二醇)體系中對Ti箔氧化17h制得了第三代TNTAs，得到納米管的長度為134μm，長徑比達到835。其通過用極性有機溶劑來取代水溶劑，制得含F(xiàn)-的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Preparation of Au nanoparticles modified TiO2 nanotube array sensor and its application as chemical oxygen demand sensor[J]. Longqi Liang,Jiao Yin,Jinpeng Bao,Linchuan Cong,Weimin Huang,Haibo Lin,Zhan Shi. Chinese Chemical Letters. 2019(01)
[2]Review of the progress in preparing nano TiO2: An important environmental engineering material[J]. Yan Wang,Yiming He,Qinghua Lai,Maohong Fan. Journal of Environmental Sciences. 2014(11)
碩士論文
[1]沿不同取向結晶的單晶二氧化鈦納米管陣列的制備及性能[D]. 裘呂超.浙江大學 2018
本文編號：3417377
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：87 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
水熱法制得的TiO2納米棒形貌[54]
浙江大學碩士畢業(yè)論文8綜上所述，目前TiO2納米棒和陣列的制備方法豐富，實驗穩(wěn)定性好，可重復性強。然而，制備過程中依舊存在一些問題。例如單純使用模板法無法獲得納米棒；直接氧化法對于產(chǎn)物的形貌以及結構可控性較差；水熱法盡管操作簡單、技術成熟，然而無法獲得大面積的TiO2納米棒陣列。1.3.3TiO2納米線TiO2納米線是另一種典型的一維納米結構，其結構呈細線狀，長度直徑比≥10，主要的制備方法有模板法、靜電紡絲法、水熱法等。Lei等[56]采用溶膠-凝膠法在Al2O3模板上制得了具有良好光學特性的高度有序的單晶銳鈦礦型TiO2納米線陣列。Li等[57]采用靜電紡絲法首次制備了具有銳鈦礦相的TiO2納米線，合成的TiO2納米線形貌如圖1.5所示，其具有多孔結構，并且直徑可控。由于靜電紡絲法工藝簡單且過程可控，因此受到了許多研究人員的青睞。GRIMES課題組[58]采用水熱法，通過非極性溶劑和親水基底之間發(fā)生的界面反應，在FTO導電玻璃基底表面直接生長了垂直于基底表面且致密有序的單晶TiO2納米線陣列。Wang等[59]以TiO2粉末與NaOH溶液為原料，采用水熱法制得了TiO2納米線。由于受到維度限制，TiO2納米線表現(xiàn)出了特殊的性能，例如其具有導電性強、方向性好、比表面積大的優(yōu)點，但同時也存在反應產(chǎn)物的尺寸均勻性差，可控性差等問題。圖1.5靜電紡絲法合成的TiO2納米線形貌[57]Fig.1.5SEMimagesofTiO2NanowirespreparedbyElectrospinning[57]1.4TiO2納米管陣列薄膜的性質(zhì)、制備與應用納米TiO2光催化性能優(yōu)異，但是對于粉末狀的納米TiO2顆粒來說，其尺寸較小，易在水溶液中凝聚并且難以回收再利用，同時當懸浮粒子濃度超過閾值時，
化的鈦酸酯納米管進行熱處理，制備了可見光響應的N摻雜TiO2納米管(圖1.8c、d)。所獲得的N摻雜TiO2納米管在可見光照射下對亞甲基藍的光降解具有熱穩(wěn)定性和魯棒性。溶劑熱法能夠較好地控制納米尺寸、晶相以及窄尺寸分布，但是有機溶劑的存在使得其反應條件更加嚴苛。1.4.2.4陽極氧化法與上述三種制備方法相比，陽極氧化法制得的納米管以均勻單一的管狀結構在Ti襯底上生長，且其管徑厚度可控、管徑大小長度可調(diào)，且設備簡單、成本低廉、操作簡便，因而成為最主要的制備方法。陽極氧化法制備二氧化鈦納米管的裝置示意圖如圖1.9所示。圖1.9陽極氧化法制備的TiO2納米管，其中(a)為裝置示意圖，(b)為制備得到的TEM圖，(c)為使用陽極氧化法制備得到的TiO2納米管的典型性質(zhì)[79]Fig.1.9TiO2nanotubesarefabricatedbyanodicself-organization，(a)schematicsynthesispath,(b)typicalmorphologyinTEMimage,and(c)characteristicfeaturesofTiO2nanotubesformedbyanodicself-organization[79].根據(jù)電解液體系成分的差別，可將陽極氧化法制得的TiO2納米管陣列(TNTAs)歸為四代。2001年，Gong等[80]以0.5wt%的HF的水溶液為電解液對Ti箔陽極氧化，制得了高度有序的TiO2納米管陣列。然而氫氟酸溶液酸性過強，導致TiO2在其中的溶解速率較大，因此納米管長度基本都小于500nm，這種在HF電解液體系中制得的TNTAs被稱為第一代TNTAs。第二代TNTAs是在含F(xiàn)－的緩沖溶液中制備的。第一代與第二代制得的TiO2納米管厚度很薄并且十分粗糙，因而研究人員考慮對電解液作進一步的改良。Grimes[81]通過在NH4F+EG(乙二醇)體系中對Ti箔氧化17h制得了第三代TNTAs，得到納米管的長度為134μm，長徑比達到835。其通過用極性有機溶劑來取代水溶劑，制得含F(xiàn)-的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Preparation of Au nanoparticles modified TiO2 nanotube array sensor and its application as chemical oxygen demand sensor[J]. Longqi Liang,Jiao Yin,Jinpeng Bao,Linchuan Cong,Weimin Huang,Haibo Lin,Zhan Shi. Chinese Chemical Letters. 2019(01)
[2]Review of the progress in preparing nano TiO2: An important environmental engineering material[J]. Yan Wang,Yiming He,Qinghua Lai,Maohong Fan. Journal of Environmental Sciences. 2014(11)
碩士論文
[1]沿不同取向結晶的單晶二氧化鈦納米管陣列的制備及性能[D]. 裘呂超.浙江大學 2018
本文編號：3417377
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3417377.html
最近更新
教材專著
