二氧化钛纳米阵列金担载技术及光催化性能研究

摘要

作为一种常见的半导体材料，TiO2纳米材料广泛应用于光催化污水处理、太阳能电池、光解水等领域。但是，纯TiO2半导体的光催化活性受到量子效率低、对可见光的利用效率低两个主要因素的制约。本文通过光化学还原法对TiO2纳米材料进行Au担载，成功制备出了不同结构的Au/TiO2复合材料，有效地提升TiO2光催化剂的光谱响应范围和光催化效率。通过场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射谱、Raman光谱、紫外-可见漫反射谱、X射线光电子能谱等表征技术分析了Au担载TiO2纳米结构的形貌、结构及光响应行为，研究了载金量、载金位置等因素对光催化性能的影响。
　　论文取得的主要结果如下:
　　1)二氧化钛纳米线阵列金担载:通过光化学还原法在TiO2纳米线薄膜与粉末上担载直径约为10 nm的纳米Au颗粒。Au颗粒均匀地分布在纳米线表面，随着载金时间延长、载金溶液浓度的升高，TiO2纳米线的载金量增加，样品表面颜色加深。相比载金前，Au担载TiO2纳米线薄膜与粉末在紫外光以及可见光波段的吸收效率均有所提升;在降解罗丹明B的光催化性能测试中，暗吸附性能、紫外光和可见光催化性能均明显提高。随着金担载量的增加，光催化性能呈现先上升后下降的趋势，金担载量在TiO2纳米线光催化性能提高中存在最优值。
　　2)二氧化钛纳米分枝阵列金担载:通过光还原法获得Au担载的纳米分枝结构TiO2薄膜，Au纳米颗粒的引入对于分枝结构的形貌有一定的影响，对相组成没有显著影响。通过调节载金液浓度以及载金时间，获得具有最优光催化性能的Au担载纳米分枝结构薄膜。纳米Au颗粒的不同担载位置显著影响TiO2纳米分枝结构薄膜的光催化活性:当纳米Au颗粒位于主干与分枝的节点处时，具有最优的光催化性能。这是因为在光催化降解的过程中，纳米分枝结构由混晶相组成，金红石分枝和邻近的锐钛矿主干之间会形成“相结”，而处于“相结”位置的Au纳米颗粒促进电子传输性能，有利于促进光生电子空穴对的分离;同时Au纳米颗粒在可见光下具有表面等离子体效应，上述两点共同作用显著提升了纳米分枝结构的光催化性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 TiO2光催化概述

1．2．1 TiO2光催化剂

1．2．2 TiO2纳米材料的制备

1．3 TiO2纳米结构研究现状

1．3．1 一维TiO2纳米结构

1．3．2 分级TiO2纳米结构

1．4 TiO2纳米阵列金担载研究现状

1．4．1 TiO2纳米阵列Au担载改性原理

1．4．2 Au／TiO2复合材料的制备及应用现状

1．5 论文选题依据和主要研究内容

1．5．1 选题依据

1．5．2 主要研究内容

第二章 实验方法

2．1 实验原料与设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 主要实验设备

2．2 材料表征

2．3 性能测定

第三章 二氧化钛纳米线阵列金担载技术及光催化性能研究

3．1 前言

3．2 实验设计

3．2．1 材料制备

3．2．2 材料表征

3．2．3 性能测试

3．2 结果与分析

3．3．1 金担载的二氧化钛纳米线粉末

3．3．2 金担载的钛片衬底二氧化钛纳米线薄膜

3．4 本章小结

第四章 二氧化钛纳米分枝阵列金担载技术及光催化性能研究

4．1 前言

4．2 实验设计

4．2．1 材料制备

4．2．2 材料表征

4．2．3 性能测试

4．3 结果与分析

4．3．1 二氧化钛纳米分枝阵列薄膜

4．3．2 最后载金二氧化钛纳米分枝阵列薄膜

4．3．3 中间载金二氧化钛纳米分枝阵列薄膜

4．4 本章小结

第五章 结论

5．1 全文总结

5．2 主要创新点

5．3 问题与展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读硕士期间发表的学术论文与取得的其它研究成果