新型哑铃状TiO2介晶的可控制备和改性及其光催化性能研究

摘要

TiO2半导体由于其优秀的结构和性质，是当前众多新材料中最具有开发前景的材料之一，被广泛的应用于光催化以及新能源等领域。作为光催化剂材料，TiO2由于其自身较低的量子效率而受到了严重的限制。介晶是一种独特的有序纳米粒子组装超结构，显示出高结晶度、高孔隙度和类单晶特征，能够有效的改善TiO2半导体性质，因此TiO2介晶的相关研究具有重要意义。近年来TiO2介晶吸引着越来越多人的研究兴趣，但简单有效的合成TiO2介晶以及其生长机理研究仍面临着许多挑战。本文中通过简单的水热体系，首次制备得到了一种结构新颖的哑铃状锐钛矿TiO2介晶，并对其改性研究，将其应用于高效的光催化剂材料。主要研究内容如下:
　　1)以冰乙酸为溶剂，TiCl3作为Ti源，通过一步简单的溶剂热反应，无添加合成出了一种新颖的哑铃状锐钛矿TiO2介晶纳米材料。通过一系列的分析表征，深入研究了材料的结构和性质，并探索了哑铃状介晶的生长机理。另外通过简单的真空热处理，在哑铃状TiO2介晶中有效地引入了大量的氧空位，将其应用于光催化剂材料，研究其光催化还原水体重金属污染物（六价铬）和光催化降解水体有机污染物（甲基橙）的性能。实验结果表明，相对于传统的TiO2纳米晶颗粒，介晶结构显示出了更优越的性能，并且还深入研究了该TiO2介晶的光催化反应机理。
　　2)对哑铃状TiO2介晶纳米材料进一步拓展研究，采用简单的水热反应过程将石墨烯纳米片与哑铃状TiO2介晶复合在一起，构建异质结构。对复合材料进行一系列表征测试，研究分析复合材料的结构和性质，并且证明了石墨烯与TiO2之间是通过化学键作用相互紧密的结合在一起。复合结构能有效的提升半导体光催化剂材料的载流子分离效率，抑制光生电子和空穴的复合，增强材料的电子转移性能，及大地改善了TiO2半导体的量子效率。这种石墨烯复合TiO2介晶纳米材料极大地提高了催化剂性能，在100mW/cm2的模拟太阳光(AM1.5G滤光片)下显示出高效的光催化降解MO有机物和光催化还原Cr(Ⅵ)重金属性能，并且还深入研究了该复合材料的光催化反应机理。

目录

声明

摘要

缩略语表

第一章 绪论

2．TiO2半导体结构及光催化作用简介

2．2 TiO2光催化作用简介

3．TiO2光催化材料的改性

3．1 TiO2材料的结构改性

3．2 TiO2材料的组成改性

4．介晶TiO2纳米结构

4．1 介晶纳米结构简介

4．2 TiO2介晶纳米材料

5．选题依据及意义

第二章 新型哑铃状锐钛矿TiO2介晶的可控制备及其光催化性能研究

1．引言

2．实验试剂与仪器

3．实验方法

3．1 材料的合成

3．2 材料的表征

3．3 光催化性能测试

4．实验结果与分析

4．1 材料表征结果分析

4．2 生长机理探索

4．3 光催化性能结果分析

4．4 光催化机理示意图

5．本章小结

第三章 哑铃状TiO2介晶与石墨烯复合改性及其光催化性能研究

1．引言

2．实验试剂与仪器

3．实验方法

3．1 材料合成

3．2 材料表征

3．3 光催化性能测试

4．实验结果与分析

4．1 材料表征结果分析

4．2 光催化性能结果分析

4．3 光催化机理示意图

5．本章小结

总结与展望

1．总结

2．展望

参考文献

附录

致谢