定向生長二氧化鈦納米棒陣列的低溫制備及其光催化性能.pdf

1、納米材料是當(dāng)前材料研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，對(duì)不同微觀形貌的納米材料在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用也是研究的熱點(diǎn)。作為一種半導(dǎo)體材料，納米TiO2由于其催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于光催化、太陽能電池、氣敏元件等領(lǐng)域。納米TiO2的不同微觀形貌，如納米管，納米棒，納米線及介孔等，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，從而在不同應(yīng)用領(lǐng)域都表現(xiàn)出獨(dú)特的性能。 本文通過Ti片與30wt％H2O2在80℃下反應(yīng)72h在鈦基體上獲得表面均勻的藍(lán)黑色T

2、iO2薄膜，在反應(yīng)剩余溶液中獲得白色TiO2粉末。經(jīng)X射線衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)及Raman光譜分析可知，該薄膜為由厚度約2μm的純銳鈦礦型TiO2的中間夾層及厚度約1μm銳鈦礦型和金紅石型混合晶型TiO2納米棒定向陣列層組成的復(fù)合薄膜，組成薄膜頂層的納米棒單體直徑為20-30nm，長度約150nm。低溫條件下晶態(tài)結(jié)構(gòu)薄膜的形成機(jī)理主要為溶解-沉淀。高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)分析結(jié)果表明，反應(yīng)后溶液

3、中剩余粉末為TiO2納米棒，且與薄膜上TiO2納米棒定向陣列成分一致。通過N2吸附法測(cè)定可知，TiO2納米棒組成的粉末比表面積為300m2/g，遠(yuǎn)高于商業(yè)DegussaP-25TiO2納米粉末。 采用不同TiO2薄膜對(duì)0.01mmol/L羅丹明B(RB)溶液的光降解能力測(cè)試薄膜的光催化活性。結(jié)果表明，所制備的表面為納米棒定向排列的TiO2薄膜的光催化活性優(yōu)于相同質(zhì)量DegussaP-25TiO2納米粉組成的薄膜，且遠(yuǎn)高于溶膠-凝

4、膠制備的TiO2薄膜。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)分析結(jié)果表明，光催化降解RB的最終產(chǎn)物為CO2和H2O。納米棒定向陣列薄膜的優(yōu)異光催化性能主要來源于其高的比表面積。但此TiO2薄膜的光催化使用壽命低，原因可能是對(duì)光催化活性有益的表面羥基等基團(tuán)的逐漸損失。 本文還考察了不同溫度下后續(xù)熱處理對(duì)納米棒定向排列TiO2薄膜光催化性能的影響。結(jié)果表明，熱處理使TiO2薄膜的光催化效率下降，但其光催化壽命卻顯著提高。在450℃下熱處理