溶剂热合成纳米二氧化钛的晶型控制及光催化性能研究

摘要

TiO2是一种重要的无机功能材料，它在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解各类污染物等方面有广阔的应用前景，因此采用各种物理和化学的方法对TiO2纳米粉体、薄膜和掺杂TiO2纳米复合材料的制备、结构相变及催化性能的研究是一个重要的研究内容。目前采用水热或溶剂热的方法来合成各种晶型纳米TiO2及其衍生物(如纳米管、纳米棒、纳米线)的研究正受到日益的关注。
　　 本文通过控制不同的反应条件，发现在以水和不同碳链长度的醇类作为溶剂时，通过水热和溶剂热条件得到了纯金红石相以及不同比例的锐钛矿和金红石的混晶，发现在醇溶剂热条件下，随着醇碳链长度的增加，发生了由锐钛矿相到金红石相逐渐增多的规律性转变，这可能与不同碳链长度引起的位阻效应影响前驱体的水解反应而导致体系的酸碱性变化有关。其中用甲醇做溶剂制备出的混晶(锐钛矿80.5％，金红石19.5％)TiO2具有最好的光催化活性。以甲醇为溶剂，随着六亚甲基四胺加入量的逐渐增大，TiO2逐渐由纯锐钛矿相转变为金红石相；当pH值达到10时，金红石相转变为板钛矿相，随着六亚甲基四胺加入量的继续增多，板钛矿相也逐渐增多。因此在低pH值趋向于生成锐钛矿相，高pH值趋向于生成金红石相，而压力增大导致的碱性增强是促进板钛矿相形成的主要因素。光催化活性最好的是由板钛矿相和锐钛矿相组成的混晶样品。以甲醇为溶剂，随着反应温度的上升，由纯锐钛矿相逐渐转变为金红石相，高温有利于生成热力学更稳定的金红石相。本文得到的TiO2相组成与其光催化活性的关系为：混晶(锐钛矿+板钛矿)＞混晶(锐钛矿+金红石)＞锐钛矿＞金红石。
　　 本文还对TiO2负载磷酸锆做了初步的研究，成功的合成出TiO2负载磷酸锆复合光催化剂，并且将所得复合光催化剂进行贵金属银的负载，发现经过贵金属银负载后的TiO2负载磷酸锆复合光催化剂具有更高的光催化活性。
　　 此外，本文还对水热法合成TiO2纳米管做了初步的研究，成功的合成出直径在10nm左右，长度为500nm至1μm不等的TiO2纳米管，发现经过贵金属银负载后的TiO2纳米管具有更高的光催化活性。对于不同原料加入量所制的TiO2纳米管，发现样品的光催化活性随原料的加入量的增多而增大。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 二氧化钛的结构性质与制备

1.2.1 纳米二氧化钛的结构与制备

1.2.2 二氧化钛纳米管的结构与制备

1.3 TiO2光催化概述

1.3.1 多相光催化原理

1.3.2 影响光催化活性的因素

1.3.3 降低TiO2催化剂光生载流子复合率

1.3.4 TiO2催化剂的可见光化研究

1.3.5 TiO2的负载

1.4 研究目的和意义

1.4.1 前人工作基础

1.4.2 本课题研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验药品及仪器

2.2 实验内容

2.2.1 掺氮TiO2的制备

2.2.2 磷酸锆（ZrP）及TiO2/ZrP复合光催化剂的制备

2.2.3 TiO2纳米管的制备

2.2.4 催化剂的表征

第三章 掺氮TiO2制备及其光催化性能的研究

3.1 不同溶剂对合成TiO2晶型和光催化活性的影响

3.2 六亚甲基四胺的加入量对晶型和光催化活性的影响

3.3 温度对晶型和光催化活性的影响

3.4 本章小结

第四章 TiO2/ ZrP复合光催化剂的制备及其光催化性能的研究

4.1 ZrP, TiO2/ZrP和Ag-TiO2/ZrP复合光催化剂的制备

4.2 ZrP, TiO2/ZrP和Ag-TiO2/ZrP的光催化活性的比较

4.3 本章小结

第五章 TiO2纳米管的制备及其光催化性能的研究

5.1 TiO2纳米管的制备

5.2 不同制备条件下TiO2纳米管的光催化活性比较

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

导师和作者简介

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书