纳米二氧化钛光催化材料的可控制备与光催化活性

摘要

半导体TiO<,2>光催化氧化技术在污水处理、空气净化、抗菌、防雾和自洁净玻璃等领域具有广阔的应用前景。本论文针对TiO<,2>在实际应用中存在的各种问题，重点在高活性纳米TiO<,2>光催化剂的制备、纳米TiO<,2>粒子光催化剂的固载、一维TiO<,2>空心结构和高活性无钠TiO<,2>薄膜的简易合成等方面进行了有益的探索，其主要内容如下： 第二章，为了制备高活性纳米TiO<,2>光催化剂，发展了大比表面积锐钛矿TiO<,2>纳米光催化剂的制备新技术。以大比表面积和高孔体积的钛酸盐纳米管/线为前驱体，通过对钛酸盐纳米管/线热处理温度或对钛酸盐纳米管水热处理时间的控制制备了高活性纳米TiO<,2>光催化剂。用该方法制备的纳米TiO<,2>光催化剂较好地保持了钛酸盐纳米管/线大比表面积和高孔体积的优势，从而大大提高了光催化剂的催化活性，为进一步发展高活性纳米TiO<,2>光催化剂的制备方法提供了新的思路。 第三章，为了克服粉末光催化剂在使用过程中存在易团聚和难分离，和薄膜光催化剂存在比表面积小和光催化活性较低的缺点，发展了均匀分散TiO<,2>纳米粒子光催化剂在低温下(<80℃)的固载新技术。以钛酸盐纳米棒和钛酸盐纳米管为载体，分别制备了TiO<,2>纳米粒子/钛酸盐纳米棒和TiO<,2>纳米棒/钛酸盐纳米管复合结构光催化剂；同时，以玻璃纤维为载体，在其表面均匀固载了TiO<,2>颗粒光催化剂。用该方法制备的TiO<,2>光催化剂除了能保持纳米粒子大的比表面积外，在光催化反应完成后，还可以很容易地从液相反应体系中分离出来并反复利用，为新型高活性纳米TiO<,2>光催化剂的固载技术提供了新的思路。另外，发展TiO<,2>的低温制备技术可使TiO<,2>固载于在高温下不稳定，易于变形和破坏的基体表面，从而可扩展TiO<,2>光催化剂的使用范围，延伸其潜在的应用领域。 第四章，为了简化模板法在制备TiO<,2>空心结构光催化剂中必须经历TiO<,2>在模板表面沉积(或生长)和模板去除的复杂过程，发展了以氧化钒纳米带为模板一步制备一维TiO<,2>空心结构光催化剂的方法。该制备方法的基本原理是氧化钒纳米带模板诱导TiO<,2>纳米粒子在其表面沉积形成核壳结构，同时氧化钒纳米带模板在原位被HF溶解导致空心结构的形成。这种一维TiO<,2>空心结构的成功制备为其它空心结构材料的合成提供了新的思路，为模板法制备各种功能材料提供了更为广阔的视野。 第五章，为了简化无钠TiO<,2>薄膜在制备过程中的复杂步骤(在普通玻璃表面先镀制一层SiO<,2>作为阻挡层，然后再镀制TiO<,2>薄膜；或在镀制TiO<,2>薄膜后，对烧结的TiO<,2>薄膜进行酸处理)，发展了在普通钠钙玻璃表面低温制备无钠锐钛矿TiO<,2>薄膜的新方法。用这种简易的低温方法制备的无钠锐钛矿TiO<,2>薄膜在自清洁玻璃，室内空气净化窗玻璃等方面具有广泛的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2 TiO2光催化剂

1.2.1半导体光催化剂

1.2.2半导体TiO2光催化剂的应用

1.2.3半导体TiO2光催化作用机理

1.2.4 TiO2光催化剂的固载

1.2.5增强TiO2光催化活性的方法

1.3 TiO2光催化剂在实际应用中的优势与不足

1.4本论文研究意义和研究内容

第二章以一维高比表面积钛酸盐纳米管/线为前驱体制备高活性纳米TiO2光催化剂

2.1引言

2.2控制钛酸盐纳米管的热处理温度制备高活性纳米TiO2光催化剂

2.2.1实验部分

2.2.2结果与讨论

2.2.3本节小结

2.3介孔TiO2纳米纤维光催化剂的制备

2.3.1实验部分

2.3.2结果与讨论

2.3.3本节小结

2.4以钛酸盐纳米线为前驱体制备高活性纳米TiO2光催化剂

2.4.1实验部分

2.4.2结果与讨论

2.4.3本节小结

2.5本章小结

第三章TiO2纳米粒子光催化剂的低温固载

3.1引言

3.2钛酸盐纳米棒表面均匀固载TiO2纳米粒子光催化剂

3.2.1实验部分

3.2.2结果与讨论

3.2.3本节小结

3.3锐钛矿TiO2纳米棒在钛酸盐纳米管表面的固载

3.3.1实验部分

3.3.2结果与讨论

3.3.3本节小结

3.4玻璃纤维表面固载均匀分散二氧化钛颗粒光催化剂

3.4.1实验部分

3.4.2结果与讨论

3.4.3本节小结

3.5本章小结

第四章以氧化钒纳米带为模板一步合成一维TiO2空心结构光催化剂

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1氧化钒纳米带模板的制备

4.2.2以氧化钒纳米带为模板一步制备一维TiO2空心结构光催化剂

4.2.3样品的表征

4.2.4光催化活性分析

4.3结果与讨论

4.3.1氧化钒纳米带的形貌和相结构

4.3.2一维TiO2空心结构的形貌和微结构

4.3.3一维TiO2空心结构的形成机理

4.3.4光催化活性分析

4.4本章小结

第五章在普通钠钙玻璃表面一步制备高活性无钠锐钛矿二氧化钛薄膜

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1 TiO2薄膜的制备

5.2.2样品的表征

5.2.3光催化活性分析

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

附录

致谢