氫基鈦酸鹽納米管的制備、改性及光催化性能研究.pdf

1、TiO2作為一種價格低廉、光學性質(zhì)穩(wěn)定的半導體材料,已經(jīng)廣泛的應用在太陽能電池、氣敏傳感材料、降解污染物等各種領域。在光催化領域,由于 TiO2能夠光催化降解絕大多數(shù)有機污染物,成為國內(nèi)外研究的熱點。但作為光催化劑, TiO2有兩個重要的缺陷:一、當受到光激發(fā)之后,半導體內(nèi)生成的光生電子和空穴在自然情況下極易復合。二、TiO2的帶隙能為3.2ev,這僅僅能夠吸收波長小于387.5nm的光,對太陽光的利用率大打折扣。因此對于TiO2光學改

2、性成為目前研究的熱點,常見的改性方法有離子摻雜、貴金屬沉積、半導體復合、離子交換和染料敏化等。其目的大都是為了抑制光生電子和空穴的復合;擴大吸收光的波長范圍,從而提高材料的光催化性能。為此,本文以水熱法為基礎,制備了氫基鈦酸鹽納米管,利用離子交換的方法對鈦酸鹽納米管進行改性,主要研究了材料的的離子交換性能以及改性后材料的光學性能。
　　利用水熱法制備了鈦酸鹽納米管,經(jīng)過熱處理之后得到TiO2納米材料,試驗中研究了酸洗時間、熱處理溫

3、度和熱處理時間對材料的晶體結(jié)構、微觀形貌和光催化性能的影響,通過透射電鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、紫外可見分光光度計(UV-vis)對其各項性能進行表征。其結(jié)果顯示:樣品在熱處理之后的晶型都呈現(xiàn)銳鈦礦相。在300℃-600℃時,隨著熱處理溫度的提高,樣品的結(jié)晶程度明顯提高。樣品的微觀形貌在400℃下還能保持管狀結(jié)構,但隨著熱處理溫度的提高,管狀結(jié)構遭到破壞,納米管變成納米顆粒。為了評價樣品的光催化性能,利用在紫外燈下,降解甲基

4、橙來操作。結(jié)果顯示:在酸洗2h,熱處理溫度和時間分別為600℃、90min下,樣品對甲基橙催化效果最佳。
　　以水熱法制備的氫基鈦酸鹽納米管(H-TNT)為基體,利用其離子交換性能在堿性條件下制備了[Pd(NH3)4]2+負載的氫基鈦酸鹽納米管。采用 ICAP、XRD、TEM、DRS、XPS等手段對材料進行了表征,研究了[Pd(NH3)4]2+的濃度和溶液的pH值對氫基鈦酸鹽納米管離子交換性能的影響以及交換后樣品的晶型、微觀形貌、

5、光學性能以及化學組成。結(jié)果表明:[Pd(NH3)4]2+負載在H-TNT表面,互之間以Pd-O鍵作用。[Pd(NH3)4]2+負載之后,樣品的晶型和管狀形貌都沒有變化,但是在400~600nm范圍對可見光有明顯吸收。溶液濃度和pH值均對離子交換性能有影響,當[Pd(NH3)4]2+濃度較小,溶液中Pd與H-TNT的質(zhì)量比較小時,[Pd(NH3)4]2+在9≤pH≤12的范圍內(nèi)能夠全部負載到 H-TNT上;當[Pd(NH3)4]2+濃度較

6、大,溶液中 Pd與 H-TNT的質(zhì)量比較大時,增大濃度和 pH值均有利于[Pd(NH3)4]2+負載比例的提高,但pH≥10時,[Pd(NH3)4]2+的負載量卻趨于飽和。
　　隨后討論了Pd的負載比例、熱處理溫度對PdO/TiO2納米材料的晶體結(jié)構、微觀形貌及光學性能的影響。結(jié)果表明:當Pd負載比例在14.32％時,在XRD圖譜中能檢測到 PdO的存在。其微觀形貌隨著熱處理溫度的升高,由初始的管狀轉(zhuǎn)變成納米顆粒。在光學性能上,隨