本文選題：二氧化鈦　切入點：纖維素　出處：《浙江大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：伴隨著全球經(jīng)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(yán)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(xué)性質(zhì)而廣泛應(yīng)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(zhì)和結(jié)構(gòu)的二氧化鈦功能復(fù)合材料,主要結(jié)論如下：1、金紅石型二氧化鈦/石墨復(fù)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(fù)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(fù)合材料。碳化過程中,纖維素納米纖維轉(zhuǎn)變成具有核殼結(jié)構(gòu)的碳纖維,與此同時,無定型的二氧化鈦超薄凝膠膜轉(zhuǎn)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(xié)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(jié)和聚集,使得該金紅石型二氧化鈦/石墨復(fù)合材料具有較大的比表面積。將該復(fù)合材料用于亞甲藍水溶液的脫色研究,結(jié)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(fù)合材料中含有石墨型的碳,因此其還具有一定的導(dǎo)電性。2、銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦納米管復(fù)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(fù)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(zhì)結(jié)構(gòu)的銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復(fù)合材料。這樣的一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于實現(xiàn)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(jié)果表明,銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復(fù)合材料對亞甲基藍分子的光降解顯示了很好的催化效果。3、銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素復(fù)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(fù)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(fù)合薄片在水和乙醇介質(zhì)中進行水熱反應(yīng),制備了銳鈦礦型二氧化鈦/纖維素復(fù)合材料。在水熱反應(yīng)過程中,超薄的二氧化鈦凝膠膜轉(zhuǎn)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(fù)合材料具有較大的比表面積,有利于染料分子的吸附,提高了材料的光催化效果。光催化實驗結(jié)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(fù)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(yīng),將鈦酸四丁酯轉(zhuǎn)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(fù)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(dǎo)致顆粒聚集的問題。天然纖維素的多級層次網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為鈦酸四丁酯提供了很多吸附通道,纖維物物質(zhì)的納米孔隙結(jié)構(gòu)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(fù)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(fù)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/金紅石型二氧化鈦-銀納米顆粒復(fù)合材料：通過銀鏡反應(yīng),將銀納米顆粒修飾到結(jié)論2中制備的銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復(fù)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(fù)合材料。由于銳鈦礦/金紅石型二氧化鈦復(fù)合材料的比表面積比較大,導(dǎo)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(fù)合材料的導(dǎo)電性。將該復(fù)合材料應(yīng)用于鋰離子電池負極材料的性能研究,結(jié)果表明,該復(fù)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(fù)合材料：以銳鈦礦型二氧化鈦納米管為基體,在苯甲醇溶液中分別加入乙酰丙酮銦和叔丁氧基錫兩種前體物,通過溶劑熱的方法將氧化錮錫納米顆粒均勻地負載在二氧化鈦納米管的表面,得到了具有多級層次結(jié)構(gòu)的二氧化鈦/氧化銦錫復(fù)合材料。將該復(fù)合材料應(yīng)用于鋰離子電池負極材料的性能研究,結(jié)果表明,該復(fù)合材料不僅具有較高的比容量,還顯示了較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
[Abstract]:With the rapid development of the global economy and industry, fossil fuels and other non renewable fuel depletion, environmental pollution and other issues are also increasingly serious, functional material so people begin to study the development of environmentally friendly. The cellulose material widely exists in nature, is non-toxic, flexible, porous, biodegradable and biocompatibility, therefore, cellulose can be used as a template or a bracket, a unique natural cellulose material into the object structure, the preparation of a new type of cellulose functional materials. Nano TiO2 due to the unique physical and chemical properties and is widely used in photocatalytic, antibacterial, solar batteries and lithium ion batteries and so on. The natural cellulose (common quantitative filter paper) as a template or stent, with four butyl titanate as precursors by sol-gel method on the surface of fiber The surface deposition of titanium dioxide thin film Sunami gel fibers, followed by different postprocessing methods, the function of various kinds of composite materials of titanium dioxide with specific properties and structure, the main conclusions are as follows: 1, rutile titania / graphite composite materials: through titania sol-gel film / surface prepared by sol-gel method in cellulose composites 1300 degrees, Ar carbonation atmosphere, the rutile titania / graphite composite materials. During carbonization of cellulose nanofiber into carbon fibers with core-shell structure, and at the same time, no titanium dioxide gel film ultrathin amorphous transformed into rutile titanium dioxide nanoparticles. Due to the synergistic effects of titania gel and cellulose membrane stop, sintering cellulose nano fiber and titanium dioxide in the carbonization process and aggregation, makes the rutile oxide two Titanium / graphite composite material has larger surface area. The composite material used for decolorization of methylene blue in aqueous solution, the results show that it has better catalytic effect on the decolorization under high pressure mercury lamp of methylene blue aqueous solution. In addition, the rutile titania / graphite composite materials containing carbon graphite therefore, it also has certain conductive.2, anatase / rutile titania nanotube composite materials: titanium dioxide gel film surface by sol-gel / cellulose composite sheet calcined in air, the anatase type TiO2 nanotubes, followed by four butyl titanate as precursor by hydrothermal method in surface growth of anatase titanium dioxide, rutile titanium dioxide, the heterogeneous structure of anatase / rutile titanium dioxide composite material. Such a heterogeneous structure Is conducive to the realization of the separation of photogenerated electrons and holes, improve the photocatalytic activity of the material. The experimental results show that the photocatalytic degradation, anatase / rutile titanium dioxide composite of methylene blue molecules showed good catalytic effect of.3 anatase TiO2 / cellulose composite material by using two different preparation methods the anatase TiO2 / cellulose composite material. (1) by titania sol-gel film / surface sol-gel composite sheet of cellulose in water and ethanol medium by hydrothermal reaction, anatase TiO2 / cellulose composite material was prepared. During the hydrothermal process, titanium dioxide thin film forming gel transition the anatase TiO2 nanoparticles, surface uniformly dispersed in each cellulose nanofibers. The anatase TiO2 / cellulose composite material Has a larger surface area, which is helpful to the adsorption of dye molecules, improve the photocatalytic activity of the material. The experimental results show that the photocatalytic degradation of the material, methylene blue and methyl orange molecules have better photocatalytic effect. (2) using titanium dioxide gel film / cellulose composite material as template, ethanol solution added to contain four butyl titanate in the solvothermal method to four butyl titanate uniformly adsorbed on the surface of cellulose nanofibers, followed by hydrothermal reaction, converting four butyl titanate to anatase TiO2 nanoparticles, obtained anatase TiO2 / cellulose composites. This method can solve the titanate four butyl in aqueous solution by rapid hydrolysis due to particle aggregation problems. Provides a lot of adsorption channel multi-level network structure of cellulose for four butyl titanate, fiber material The hydrolysis of nano pore structure quality but also can provide four butyl titanate fine space, prevents the formation of large particles of titanium dioxide, so the titanium dioxide nano particles prepared by this method the particle size is very small, with a large specific surface area, so that the material has better catalytic effect on degradation of organic dyes. In addition, through the method of light reduction in anatase TiO2 / cellulose composite surface modified silver nanoparticles, obtained anatase TiO2 / cellulose - silver nano particle composite material, this material has obvious antibacterial effect of.4 on Escherichia coli and Staphylococcus aureus, anatase / rutile TiO2 Ag nanoparticles composite materials: the silver mirror reaction, the silver nanoparticles modified surface to the conclusion 2 preparation of anatase / rutile titanium dioxide composite material, get The anatase / rutile TiO2 Ag nanoparticles composite materials. Because of anatase / rutile titanium dioxide composite surface area is relatively large, resulting in a load of the silver is relatively large, improving the conductivity of anatase / rutile titanium dioxide composite material. The performance of the research and application of composite materials in anode materials for lithium ion the results show that the battery, the composite shows good cycling stability and rate performance of.5, TiO2 / ITO Composite with anatase TiO2 nanotubes as matrix in benzyl alcohol solution were added acetylacetone and t-butoxy indium tin two precursor by solvothermal method on the surface indium tin oxide nano particles supported on TiO2 nanotubes, the TiO2 / has a multilevel structure of indium tin oxide composite material. The complex The composite material is applied to study the performance of anode materials for lithium ion batteries. The results show that the composite has not only high specific capacity, but also good cycling stability and rate performance.

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ134.11;TB33

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10 陳W毢，

本文編號：1588741