二氧化钛空心纳米微球的制备及其催化应用

摘要

随着全球经济的不断发展，环境问题日益严重，环境与能源问题成为人类社会可持续发展所面临的两大主要问题。以纳米材料为催化剂的催化技术，为我们有效的防止污染，治理环境提供了有效的途径。所以纳米材料的合成与应用一直是材料学、化学化工、物理学、生命科学等研究领域的热点。二氧化钛作为最常见的纳米材料之一，具有许多优点，如:成本较低、制备简单、催化活性很高、化学性质稳定、能够耐酸碱和化学腐蚀、自身无毒无害，因此研究较多。但因为二氧化钛具有较大的禁带宽度，光响应范围在紫外区，使得其对太阳光的利用率较低；同时二氧化钛在光激发过程中，易发生光生电子与空穴复合，严重影响其光催化效率。所以如何更有效地利用太阳光以及提高二氧化钛光催化剂的活性是当前光催化的研究重点和研究前沿。本文通过水热法制备了二氧化钛空心纳米微球颗粒，然后通过贵金属负载对其进行改性，并探究了改性后的两种复合催化剂的催化应用。全文共分为四章，具体包括以下内容： 第一章为文献综述，主要介绍了纳米二氧化钛的研究现状、合成和改性方法以及其主要的应用领域。 第二章介绍了一种水热法制备二氧化钛空心纳米微球的方法，该方法主要包括两步：（1）以无水乙醇为溶剂，钛酸四异丙酯为原料，采用陈化法合成前驱体；（2）在碱性条件下采用水热法通过控制不同的水热时间合成了不同空心结构的二氧化钛纳米微球。探究了盐的种类和用量、氢氧化钠浓度、水热温度、水热时间以及煅烧温度对二氧化钛微球结构影响，通过X射线衍射(XRD)分析、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附测定对结果进行了表征。结果表明：随着水热时间的增长，二氧化钛逐渐由实心结构过度到空心结构，水热时间越长，其空心结构越明显。 第三章介绍了通过浸渍法在二氧化钛表面负载贵金属Pd制备Pd/TiO2复合催化剂，并探究了该催化剂在常温常压条件下在Suzuki偶联反应中的催化效果。反应产物采用气相色谱进行检测分析。结果显示：采用该催化剂进行催化，在常温常压条件下，Suzuki偶联反应的转化率和选择性达到了较高水平，相较与传统的需要高温催化Suzuki反应，本实验所合成的催化剂不但具有很好的催化效果，而且更加节能和环保。 第四章介绍了通过浸渍法在二氧化钛表面负载贵金属Pt制备Pt/TiO2复合催化剂，并探究了在可见光光照条件下，该催化剂在苯甲醇氧化反应中的催化效果。反应产物采用气相色谱进行检测分析。结果显示：在可见光光照时，该催化剂对于苯甲醇氧化反应具有良好的催化效果，对于目标产物苯甲醛的选择性达到100%。本实验为充分利用太阳光能提供巨大的参考价值。

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