纳米二氧化钛基功能复合材料研究及其制备.pdf

单位代码:10359学号:201117340235 密级:分类号:TQ319 Hefei University of Technology硕士学位论文MASTER’S DISSERTATION论文题目:纳米二氧化钛基功能复合材料的研究及制备学位类别:专业硕士专业名称:材料工程作者姓名:田健导师姓名:王文平教授完成时间:2014年3月合肥工业大学专业硕士学位论文纳米二氧化钛基功能复合材料的研究及制备作者姓名:田健指导教师:王文平教授专业名称:材料工程(化)研究方向:功能高分子材料2014 年3 月A Dissertation Submitted for the Degree of MasterResearch and Preparation of Nano Titanium Dioxide based posite MaterialsByTian JianHefei University of TechnologyHefei, Anhui, , 2014I致谢在合肥工业大学的多年学习期间,我向给与我指导、关心、帮助的家人、老师、领导和同学们致以最衷心的感谢!在我三年的研究生学教授,王老师在我的课题选题、研究方向、文章撰写等方面给与了明确、前瞻性的指导,对我的学习科研有着非常积极重要的影响。王老师对我的很多方面的教育教导,对我未来的学习生活也将具有着积极指导意义。第二,我想对学院的各位领导老师表示感谢。在我担任院研究生学生会职务期间,学院各位领导老师对我的支持,是我们能够顺利开展各项工作的前提,衷心感谢魏凤玉、安洁、何兵老师,给予我的工作上的支持。同时,感谢实验室的师兄唐家元、丁伟良、吕晓勇,以及实验室宋跃峰、汪慧、张志强、江腾飞、李小龙、李国庆、赵怀华和季碧碧等同学对我实验方面的帮助和支持。最后,感谢所有人!作者:田健2014年3月II摘要近年来,二氧化钛纳米材料以其独特的物理、化学性能,在许许多多的领域发挥着其不可忽视的作用,其添加作为日用化妆品重要原料之一的应用、作为处理大气、水环境污染的光催化处理材料、作为微量重金属离子的吸附还原回收处理材料以及用作太阳能电池作为光电转化功能材料等方面的使用应用等,均扮演着重要的角色。然而,纳米二氧化钛在上述现实应用过程中表现出了不同的问题:在用作水处理材料、重金属处理材料时易于团聚成块、同其他基体材料分离进而沉降,很大程度上影响其实际效果应用;在用作光催化剂材料应用方面,其禁带较宽、激发能量较高、量子产率低,仅能在紫外、近紫外区吸收能量,实现光催化反应,且在分散体系中团聚不易分散,这些问题都造成了其量子效率较低,太阳能利用率低等科学技术难题,很大程度上制约着其广泛普及应用。针对所述缺陷,为达到二氧化钛与其他材料的有效混合、在体系中有着良好的分散,其作为n型半导体光催化剂使用时,提高其光电转换效率,同时实现对二氧化钛表面上接枝的功能大分子的类别及分子量的有效控制等,本人研究生期间的主要研究工作包括:,其光生电子-空穴对复合严重、禁带宽度较大、在水环境体系中分散性差等问题,对纳米TiO2进行表面有效修饰:在大量研究对TiO2光催化剂的不同改性处理方法的基础上,受染料敏化处理方法的影响,结合通过多巴胺(4-(2-乙胺基)苯-1,2-二酚)化学键形式接枝到纳米TiO2表面,进而通过与2-溴代异丁酰溴的酰胺反应,构造能够进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应的大分子引发剂,在纳米TiO2表面通过引发ATRP聚合反应,可控性地接枝亲水性聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA),制备得到具备可见光响应的TiO2功能复合材料。我们通过FTIR、XPS、TGA、SEM、UV-vis(紫外-可见吸收光谱仪)等分析测试方法,对产物的化学结构、形态、接枝的PGMA的含量以及最佳吸收波长进行了实际测定。其中FTIR光谱、XPS光谱结合分析表明,纳米TiO2表面功能性基团的修饰成功,以及ATRP大分子引发剂的合成成功;通过TGA分析证明ATRP反应的可控合成;SEM图像能够显示出TiO2基纳米功能材料的外观形貌特征;UV-vis光谱分析表明我们合成的纳米功能材料吸收波长“红移”,最佳吸收波长由379 nm-1增至415 nm-1;通过对亚甲基蓝溶液的实际光催化分解,我们能看出改性纳米TiO2基光催化功能材料光催化