有序介觀結(jié)構(gòu)TiO-,2-及復(fù)合體的控制合成與性能研究.pdf

1、屬于納米材料范疇的介孔材料由于其特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì)在催化、分離、離子交換等領(lǐng)域具有很多潛在的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的介孔材料由于具有較小的介孔孔徑(＜7nm)，從而制約了介孔材料在催化、大分子吸附、分離等領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。為拓展介孔材料的應(yīng)用領(lǐng)域，合成具有大孔徑(＞7nm)的介孔材料具有重要意義。 本文對(duì)有序介觀結(jié)構(gòu)TiO2及復(fù)合體的控制合成與性能進(jìn)行了研究，首次設(shè)計(jì)合成出大孔徑的介孔TiO2材料，研究發(fā)現(xiàn)通過改變合成參數(shù)可實(shí)現(xiàn)介孔TiO

2、2的孔徑在一定范圍內(nèi)可調(diào)控。在制備孔徑為14nm介孔TiO2的基礎(chǔ)上，加入鋯源后，采用一步合成的方法設(shè)計(jì)合成了一系列介孔TiO2-ZrO2復(fù)合體材料。研究了介孔TiO2和介孔TiO2-ZrO2復(fù)合體材料的光催化和親水性能，并對(duì)其合成機(jī)理、光催化機(jī)理、親水性機(jī)理作了深入探討。 以Ti(OBun)4水解原位釋放的丁醇為助表面活性劑，以三嵌段聚合物P123為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，在非水介質(zhì)中采用溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝的方法首次設(shè)計(jì)合成了大孔徑的介孔

3、TiO2并對(duì)其進(jìn)行了表征，結(jié)果表明所得材料具有大孔徑(14nm)、窄孔徑分布、二維六方結(jié)構(gòu)，其晶型為銳鈦礦相，BET比表面積為115m2g-1，孔容為0.219cm3g-1。這是迄今文獻(xiàn)報(bào)道的孔徑最大的介孔TiO2材料。 在嵌段聚合物P123-Ti(OBun)4-EtOH-HCl非水體系中，通過調(diào)控?zé)o機(jī)前驅(qū)體Ti(OBun)4的量，即可改變?cè)簧葿unOH的量并實(shí)現(xiàn)材料孔徑在一定范圍內(nèi)的可調(diào)控，本文設(shè)計(jì)合成了孔徑可控(8.3-

4、14nm)的一系列透明介孔TiO2薄膜材料，其合成機(jī)理可歸納為以下幾點(diǎn)：(i)原位生成的丁醇起到助表面活性劑的作用；(ii)非水體系的合成條件提供了較大的表面活性劑有效堆積參數(shù)；(iii)Ti(OBun)4具有較長(zhǎng)的線性和較大的立體構(gòu)型；(iv)大的水解速率/抑制速率(H/p)比。 研究了焙燒溫度對(duì)所得純TiO2介孔材料的結(jié)構(gòu)、光催化以及親水性的影響。結(jié)果表明純TiO2介孔材均在700℃時(shí)發(fā)生銳鈦礦到金紅石的晶型轉(zhuǎn)變。粒徑尺寸在

5、10nm左右的介孔TiO2其表面具有較多的吸附水和羥基，而且由于其粒徑較小且晶化較好，有利于光生電子-空穴對(duì)的分離，提高光生載流子的效率，因此具有較高的光催化性能。并發(fā)現(xiàn)該介孔TiO2薄膜不僅呈現(xiàn)傳統(tǒng)TiO2所具有的光致超親水性，而且在無光源激發(fā)下也能展示良好的親水性，這是由于孔徑尺寸較大的多孔結(jié)構(gòu)有利于水滴在薄膜表面產(chǎn)生滲透效應(yīng)和燈芯效應(yīng)。 在制備孔徑為14nm介孔TIO2所用配比的基礎(chǔ)上，引入ZrO2制備了介孔復(fù)合體，ZrO

6、2顯著抑制了TiO2的晶相轉(zhuǎn)變和晶粒成長(zhǎng)與團(tuán)聚，使其具有良好的熱穩(wěn)定性。與純TiO2介孔材料相比，介孔TiO2-ZrO2復(fù)合體的粒徑明顯減小，而比表面積、孔容、孔隙率等結(jié)構(gòu)參數(shù)有了顯著的提高，且首次合成出具有雙孔徑分布的介孔TiO2-ZrO2復(fù)合體材料。所得介孔復(fù)合體展示了良好的光催化效率和光激發(fā)條件下的親水性，明顯優(yōu)于DegussaP25TiO2粉體和純TiO2介孔材料。對(duì)介孔TiO2-ZrO2復(fù)合體光催化降解羅丹明B的機(jī)理以及無光照