聚苯胺包覆二氧化钛二维纳米片的合成与性能研究

摘要

近年来，二氧化钛作为光电材料受到广泛关注。一方面，它本身具有一定的光催化性能，尤其是通过纳米化及各种形式的掺杂改性，二氧化钛类材料的光催化性能能得到了极大的改善，使得其在光催化领域具有独到的地位。另一方面，由于二氧化钛具有很高的介电常数，在半导体、二极管、电流变流体等方面也具有广泛、深入的应用。二维纳米材料是近年来材料领域研究的热点，其拥有独特的光学和电学性能，在润滑材料、光电材料、显示材料、高效催化材料、储氢材料、气敏材料等中都有极广的应用前景。因此，制备出二维结构的二氧化钛纳米片材料，并将其应用于电流变领域和光催化领域具有重要意义。基于以上目的，本论文作了以下几个方面的研究：
　　(1)使用锐钛型纳米TiO2，以过硫酸铵为引发剂，以浓盐酸为酸性调节剂，与苯胺在0～5℃下发生聚合反应，合成了具有二维结构的聚苯胺复合二氧化钛纳米片(PANI@TiO2)。并使用原子力显微镜(AFM)，扫描电子显微镜(SEM)，透射电镜(TEM)，X-射线衍射仪(XRD)，傅立叶红外转换仪(FTIR)，热重分析仪(TG)等对复合材料的结构、形貌及热稳定性进行了表征。结果表明，所合成的PANI@TiO2为典型的二维纳米片状包覆材料，平均厚度在3nm左右，大小为100nm左右。
　　(2)以PANI@TiO2为分散相材料，配制了其硅油悬浮液，在直流流变仪上进行了电流变效应测试，研究了其电流变性能；探究了分散相浓度、掺杂条件，操作温度等对PANI@TiO2流体的电流变性能的影响，并将其与相同条件下合成的聚苯胺电流变流体进行了对比。结果表明，PANI@TiO2体系具有比聚苯胺体系更优异的电流变性能。在电场作用下，浓度为5wt％、pH=9的PANI@TiO2硅油体系的剪切应力、粘度、静态屈服应力、储能模量、损耗模量等都随电场强度增强而增大，具有很明显的ER效应；浓度增加，PANI@TiO2流体的电流变效应增强；掺杂pH值显著影响着材料的电流变性能，pH=9的PANI@TiO2硅油体系具有最佳的ER响应。PANI@TiO2硅油体系的屈服应力随温度线性增加，而粘度随温度升高而降低，具有二次线性关系。PANI@TiO2硅油体系的流变行为分析结果表明，体系的流变曲线都较好地符合CCJ和Bingham模型，且其屈服应力与电场的二次方呈正比关系。
　　(3)研究了二维纳米片PANI@TiO2作为光催化材料，在紫外光辐照下催化降解亚甲基蓝染料(MB)的性能，通过改变催化剂的量、pH值探究了影响PANI@TiO2的光催化活性的因素。实验表明，PANI@TiO2对10mg/L的MB具有一定的降解，光照120min，光催化效率达到84%以上；通过循环利用5次后，对MB的降解效果仍有77%。

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第1章 绪论

1.1二氧化钛的基本性质

1.2二氧化钛纳米片的合成方法

1.3二氧化钛电流变材料的研究

1.4二氧化钛光催化技术的研究与应用

1.6 本论文的研究思路及目的

第2章 PNAI@TiO2二维纳米片的制备

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 PANI@TiO2纳米片的表征

2.4 结果与讨论

2.5本章小结

第3章 PANI@TiO 2二维纳米片电流变性能研究

3.1.引言

3.2 电流变流体的制备与测试

3.3结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 PANI@TiO2二维纳米片的光催化性能研究

4.1 引言

4.2 光催化降解性能测试

4.3结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

附录（攻读学位期间发表及完成论文目录）