纯钛水热法制备低维纳米结构TiO2及其光电化学性能研究.pdf

博士学位论文纯钛水热法制备低维纳米结构及其光电化学性苎芯南京航空航天大学,研究生院材料科学与技术学院一研究生姓名董祥学科、:学科分类号:论文编号:■“.●
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期:业名移作者签名:童工季承诺书本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均己在文中以明确方式标明。容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽境信凳日甪
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摘要首先,,纳米是一种重要的无机功能材料,被广泛应用于环境治理、太阳能光伏电池、气敏传感器、光解水制氢气和氧气等方面。为了拓展纳米材料的应用领域或提高其应用性能,近年来通过构建特殊结构和形貌的纳米材料的研究与日俱增。另外,纳米材料在实际应用过程中通常要固载在电极上,以便于回收利用。基于这一思路,本文以钛箔为钛源,采用水热法在钛箔表面制备了具有特殊结构的纳米材料,包括微球、三维网络结构线薄膜、纳米线/棒阵列,并制成电极进行应用研究。此外,还以钛粉作为钛源,水热制备了擅装簦⑶蚝统纳米线。利用、仁侄味灾票覆锏男蚊埠徒峁菇斜碚鳎低车匮芯了水热参数等对产物结构和形貌的影响,>咛迥谌莅ǎ微球。研究表明,只有在没有氧化层的钛箔表面才能制备出⑶颍芗琳扯仍黾踊峤档晶体生长速率。微球的形貌受溶液浓度以及溶液中酸根离子的影响。在,摩尔比为的虷的溶液中制备出多级结构的微球,微球由被削去一端的多孔八面体晶组成,晶型是锐钛矿型和金红石型的混晶相。峁な礔离子是以物理吸附的方式存在于微球表面。通过吸收光谱研究了甌⑶,微孔和介孔结构,高入射光利用率使甌⑶蛟诠饨馑从χ斜硐殖龈吖獾缁Щ钚裕光电化学检测结果显示甌⑶虮∧さ墓獾缌髅芏仁荘颗粒薄膜的抖唷其次,在溶液中利用水热法在钛箔表面制备了三维网络结构的纳米线薄膜。是由大量非定向生长的锐钛矿型纳米线组成,∧奈斩龋沾叻⑸煲啤M蔽舛人嫠仁奔湓黾佣黾印解速率的倍。研究表明,水热过程中钛溶解、钛酸盐的扩散、钛酸盐结晶生长之问的动态平衡决定了产物的结构和形貌。根据这个规律,我们将钛箔放入腘芤褐校℃下水热处理蟮玫酱怪庇陬鸦咨さ腡擅紫哒罅斜∧ぁ再次,在四甲基氯氧化铵芤褐欣盟确ㄔ陬巡砻嬷票噶舜怪庇诨咨长的单晶锐钛矿纳米棒阵列,具有四棱柱、双尖锥结构。研究表明,产物形貌、尺寸、以及生长取向受水热温度和溶液浓度控制。此外,纳米棒的形貌和结构是由于四甲基铵通过氢键吸附在平行于锐钛矿的嬖斐傻摹擅装粽罅芯哂杏乓旃獾缁阅的原因在于:单晶纳米棒中晶界较少,一维结构能为电子提供直线传输路径。最后,在溶液中水热处理钛粉制备出纳米棒/带微球,和超长纳米线。研
散速率及结晶速率达到一定程度的平衡≠%≠圪寰突嵫刈蓬芽钛水热法制备低维纳米结构及其性能研究究显示,水热温度和溶液浓度共同决定了晶体生长方向,水热时间决定了钛的剩余量及产物尺寸。当温度和浓度在一定范围内,即水热过程中钛和反应的速率,产物钛酸钠的扩粒的径向生长,反应笊蒚擅装簦⑶颉7裨颍炔镌蚴浅つ擅紫撸蛘是在钛颗粒表面集聚生长的较小尺寸的纳米带微球。热处理后℃,的产物均为锐钛矿型。光催化降解性能的结果显示样品的光催化活性高低依次为:纳米棒微球ぐ擅紫纳米带微球。这种纳米结构的粉体便于回收利用。关键词:纳米材料,钛源,水热法,多级结构,光电化学性能,光催化
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