TiO2基微纳米纤维的改性及光催化性能研究

摘要

二氧化钛是一种具有良好化学稳定性、耐腐蚀性、热稳定性，并且应用前景广阔的光催化材料，提髙TiO2光催化性能的要途径为增大单位体积中的光催化反应面积和改变微观形貌或复合半导体降低光生电子和空穴的复合几率。本文通过静电纺丝技术制备TiO2微纳米纤维，微球复合Ti02微纳米纤维，金红石与锐钛矿两种晶型混合的Ti02微纳米纤维，氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)复合TiO2微纳米纤维及以ZnO为芯层、Ti02为壳层的同轴微纳米纤维，树突结构氧化钒(VOx)/TiO2复合微纳米纤维，对样品的沮成、形貌及性能进行检测及分析。
　　采用纳米颗粒为原料制备TiO2微纳米纤维，当Ti02纳米颗粒的浓度为20％时纤维形态较好。与采用钛酸丁酯为原料制制备的样品对比，纤维具有较小的平均直径，经90min紫外光照射后对甲基橙溶液的分解率为63.05%.采用内喷外纺式同轴电纺工艺制备微球复合TiO2微纳米纤维，随芯层推进速度的増加，纤维中微球的数量增多，当芯层纺丝液的推进速度为0.32mL/h时得到的样品中微球数量最多、光催化效果最好，为66,03%。通过静电纺丝技术制备金红石与锐钛矿两种晶型混合的混晶TiO2微纳米纤维，随着纳米颗含量的增加，纤维表面粗糙度和平均直径增大。经550℃热处理后得到的纤维形貌良好、当金红石相的含量为20%时，样品的光催化性能最好，为69.19%。
　　采用NiO与TiO2制备复合微纳米纤维，在纺丝电压为21kV，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)浓度为8%时所得纤维形貌良好，直径分布集中，平均直径最小；采用ZnO与TiO2复合时，其最佳工艺参数为纺丝电压23kV，PVP浓度10%；与TiO2微纳米纤维相比，NiO/TiO2与ZnO/TiO2复合纤维的禁带宽度分别减小2.5%和4.38%，载流子迁移率分别提高11.28%和16.69%，与光催化性能提高效率相近。采用同轴静电纺丝技术制备以ZnO为芯层、TiO2为壳层的同轴微纳米纤维。经90min紫外光照射后，ZnO@TiO2同轴微纳米纤维对甲基橙溶液的光催化分解率为72.15%。
　　将TiO2微纳米纤维在钒溶胶中浸溃后退火，可得到以VOx为凸起、TiO2力树干的复合微纳米纤维，随退火温度的升高，树突结构数量增多，尺寸增大；大气气氛中退火得到的复合纤维由V2O5和TiO2组成，惰性气氛（N2）退火的样品由TiO2、V2O5、Ti2O3、VO2和V2O3组成，还原性气氛（H2）退火的样品由TiO2、V2O5、Ti2O3和VO2组成。树突结构微纳米纤维的光催化效率随纤维平均直径、退火温度的增加先提高后降低，在H2气氛中退火的样品光催化效率最高，为80.89%。样品的光致亲水性随退火温度、纤维平均直径的增高而提高，经紫外光照射90min后，600℃退火、平均直径为498nm的样品亲水性最好，与纯水的接触角为7°。

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1 绪论

1.1 TiO2微纳米纤维

1.2 静电射流技术

1.3 TiO2光催化性能

1.4 研究目的和主要研究内容

2 TiO2微纳米纤维的制备及其光催化性能

2.1 实验内容

2.2 TiO2微纳米纤维及其光催化性能

2.3 微球复合TiO2微纳米纤维及其光催化性能

2.4 混晶TiO2微纳米纤维及其光催化性能

2.5 本章小结

3 TiO2基复合微纳米纤维的制备及其光催化性能

3.1 实验内容

3.2 NiO/TiO2复合微纳米纤维及其光催化性能

3.3 ZnO/TiO2复合微纳米纤维及其光催化性能

3.4 ZnO@TiO2同轴微纳米纤维及其光催化性能

3.5 本章小结

4 TiO2基树突结构微纳米纤维的制备及其光催化性能

4.1 实验内容

4.2 树突结构VOx/TiO2复合微纳米纤维的成分分析

4.3 VOx/TiO2复合微纳米纤维的微观形貌

4.4 树突结构VOx/TiO2复合微纳米纤维光催化性能

4.5 树突结构VOx/TiO2复合微纳米纤维光致亲水性

4.6 本章小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文、专利