【摘要】： 納米材料是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種具有全新結(jié)構(gòu)的材料,由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性,使其在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、催化以及傳感器等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此,研究納米材料的新性能,開(kāi)發(fā)新型納米材料,探索合成納米材料的新方法將成為21世紀(jì)一大熱門(mén)領(lǐng)域。 納米二氧化鈦是一種新型半導(dǎo)體材料,其化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定且成本低廉、無(wú)毒,是一種最有應(yīng)用潛力的光催化劑。二氧化鈦納米管是納米二氧化鈦的一種新的存在形式,與其他形態(tài)的納米二氧化鈦材料相比,它具有更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力,有望進(jìn)一步提高二氧化鈦的光電轉(zhuǎn)換效率和光催化性能,特別是若能在二氧化鈦納米管中摻雜部分無(wú)機(jī)、有機(jī)、金屬或者磁性材料而制備出復(fù)合納米材料,則二氧化鈦納米管的光電性能和催化活性將得到更大的改善。 在本文中,首先利用溶膠-凝膠法制備得到二氧化鈦納米粉體,在此基礎(chǔ)上初步探討微波法制備二氧化鈦納米管的工藝。運(yùn)用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線(xiàn)衍射儀和比表面儀等測(cè)試手段對(duì)二氧化鈦納米管及納米粉體的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征;以甲基橙為目標(biāo)降解物,對(duì)比二氧化鈦納米管與納米粉體進(jìn)行光催化降解試驗(yàn),研究其光催化性能,并對(duì)降解機(jī)理進(jìn)行了理論分析。研究表明:溶膠-凝膠法制得的二氧化鈦納米粉的直徑約為40~60nm;微波合成法制得的水洗后的二氧化鈦納米管外徑為8~15nm,內(nèi)徑為5~10nm,長(zhǎng)約為50~100nm,較均勻,而酸洗后的二氧化鈦納米管部分發(fā)生團(tuán)聚,管狀已不太明顯;本試驗(yàn)條件下制得的二氧化鈦納米管及納米粉均為銳鈦礦型;納米管的比表面積與納米粉相對(duì)比有所增加。在15W紫外光源照射下,經(jīng)150min光催化降解試驗(yàn)表明:二氧化鈦納米管比納米粉具有更高的光催化性能。
【圖文】：

較早期的研究集中在光解 H2O、CO2和 N，光催化有機(jī)合成及光催化、固化降解污染物等方面。實(shí)驗(yàn)表明，體相材料的光催化活性均明顯劣于其相應(yīng)的納米粒子；納米半導(dǎo)體復(fù)合粒子的量子尺寸效應(yīng)強(qiáng)烈地影響其光催化性能[15-19]。如，粒徑為 3nm 的硫化鋅半導(dǎo)體粒子，光催化還原 CO2的量子效率高達(dá) 80%，而相應(yīng)的體相半導(dǎo)體卻觀察不到任何光催化活性。1.1.4 納米 TiO2的特性二氧化鈦（俗稱(chēng)鈦白）是最重要的白色顏料，是當(dāng)前緊缺的主要精細(xì)化工產(chǎn)品之一。純 TiO2呈白色，加熱時(shí)變?yōu)槲ⅫS色。按晶型分類(lèi)，二氧化鈦可分為金紅石型、銳鈦礦型和板鈦礦型三種。金紅石型 TiO2是一種典型的四方晶系晶體構(gòu)型。晶格中心有一個(gè)鈦原子，其周?chē)辛鶄�(gè)氧原子，這些氧原子位于八面體的棱角處，兩個(gè) TiO2分子組成一個(gè)晶胞。銳鈦礦型 TiO2晶型也屬四方晶系，四個(gè) TiO2組成一個(gè)晶胞。板鈦礦型 TiO2僅在低溫下穩(wěn)定，隨著溫度慢慢的升高，轉(zhuǎn)換為金紅石型。板鈦礦型 TiO2晶型屬斜方晶系，晶胞由六個(gè) TiO2分子組成。板鈦礦型是不穩(wěn)定的晶型，加熱至 650 度時(shí)，轉(zhuǎn)化為金紅石型[20]。

圖 1.2 染料分子敏化劑的激發(fā)步驟Fig 1.2 The excitation step of dye molecule sensitizer④ 離子摻雜利用物理或化學(xué)方法，在 TiO2晶格內(nèi)部引入離子，從而在其晶格中引入新電荷、改變晶格類(lèi)型或形成缺陷，影響空穴和光生電子的運(yùn)動(dòng)狀況，改變 Ti 的能帶結(jié)構(gòu)或者調(diào)整其分布納米 TiO2粉體制備及光催化性能研究狀態(tài)，最終導(dǎo)致 TiO2光催化活性的改變，即離子摻雜。修飾光催化劑 TiO2的離子摻雜研究方向主要是：1）貴金屬離子，如 Pt、Au、Ag 等；2）稀土金屬離子，如 Nd、La、Ce 等；3）過(guò)渡金屬離子，，如 V、Cu、Fe、Pb、Cr 等。稀土元素在電子學(xué)、光學(xué)以及催化劑等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其最外層電子排布基本相同并且在元素周期表中相鄰，所以它們的性質(zhì)而且呈現(xiàn)有規(guī)律的遞變，比較相近。元素化合價(jià)有一些由于 4f 層將處于半滿(mǎn)、全滿(mǎn)或全空狀態(tài)，而
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：2528139