低維TiO2基納米材料的結構調(diào)控與光催性能研究.pdf

1、近年來,由揮發(fā)性有機物所帶來的空氣污染問題日趨嚴重。在眾多的治理技術中,TiO2光催化降解有機污染物作為一種理想的環(huán)境治理技術而倍受關注。芳烴特別是苯,作為室內(nèi)揮發(fā)性有機物的代表之一,結構穩(wěn)定,不容易被氧化降解。眾所周知,納米材料的性能顯著地依賴于其形狀與尺寸,因此獲得尺寸與形貌可控的納米材料是當前廣大科學工作者們努力的方向。鑒于此,本文采用簡單的工藝制備出了TiO2納米管陣列、一維納米TiO2、納米TiO2微球、TiO2核-殼結構及空

2、心微球。以氣相苯為目標降解物研究了不同形貌結構TiO2的光催化性能,并對苯的降解動力學進行了研究。主要研究內(nèi)容及結果如下:
　　 1.采用恒壓陽極氧化法制備TiO2納米管陣列,研究了陽極氧化電壓及電解液種類對管陣列形貌、結構的影響,并考察了其光催化降解氣相苯的性能。結果表明,對同一電解液體系,TiO2納米管陣列的形成需要特定的氧化電壓,且納米管的管徑、管長隨氧化電壓的提高而增大；電解液種類是獲得大長徑比TiO2納米管陣列的關鍵,

3、在具有高的介電常數(shù)和粘度系數(shù)的有機電解液中,可以制備出更長的納米管。光催化降解氣相苯的性能顯示,在甘油／水的混合溶液中制備的TiO2納米管陣列其光催化活性較高,說明合適的長徑比對納米管陣列的光催化活性至關重要。
　　 2.對在甘油／水混合溶液中制備的TiO2納米管陣列進行Ag和CdS納米顆粒的修飾,并考察了不同修飾量對光催化降解氣相苯性能的影響。結果表明,通過Ag和CdS修飾后的納米管陣列薄膜的光催化性能得到明顯提高,這是因為一

4、定量的修飾會阻止光生載流子的復合,但過量的修飾會重新形成復合中心而導致光催化性能的下降。通過Ag修飾的納米管陣列整體的光催化性能要高于CdS修飾的納米管陣列,這是因為本實驗是在紫外光區(qū)進行的光催化性能測試,而CdS修飾的納米管陣列的光催化性能優(yōu)勢在可見光區(qū)。
　　 3.利用二氧化鈦納米粉做原料,在強堿性的條件下,采用簡單的水熱法制備出了不同形貌的一維納米TiO2,考察了水熱溫度、水熱時間及NaOH濃度對樣品形貌結構的影響,并將所

5、制備的一維納米材料進行光催化降解氣相苯的研究。結果表明,通過改變水熱溫度可有效制備出一維TiO2納米管、納米線及納米帶,且所制備的一維材料具有較高的比表面積。光催化降解氣相苯的結果顯示納米管具有較高的光催化活性,這是因為納米管具有較高的比表面積和兩端開口的形貌結構,使得光生載流子在其中沿著一維長軸方向的傳遞減少了光生載流子的損失。
　　 4.采用水熱法,以四氯化鈦為鈦源,以尿素為沉淀劑前驅(qū)物,在水-醇體系中,以硫酸鈉為分散劑制備

6、出了納米二氧化鈦微球,并考察了水熱溫度及水熱時間對微球結構及光催化性能的影響。結果表明此類微球由更小的納米顆粒組成,且比表面積大,介孔結構明顯。光催化降解氣相苯的結果顯示,微球具有很高的光催化活性,僅用35min左右將苯完全去除,但CO2的量仍隨時間有所增加,表明微球強的吸附性能對光催化降解過程起到促進作用。
　　 5.在所制備的納米TiO2微球的基礎上,以硫酸銨為分散劑,通過改變水熱時間制備出TiO2核-殼結構及空心微球,并考

7、察了水熱時間及溫度對微球結構及光催化性能的影響。結果表明,微球不同形貌結構的形成是通過Ostwald熟化機理實現(xiàn)的,都具有較大的比表面積及介孔結構。光催化降解氣相苯的結果顯示,具有適當?shù)暮?殼結構的微球顯示出高的光催化性能,除了高的比表面積外,光在此類微球中具有較高吸收率也是導致高光催化活性的原因。
　　 6.以TiO2一維納米管為光催化劑,考察了其用量、接觸面積及苯的初始濃度對光催化反應的影響；分別以TiO2納米管和核-殼結構