TiO2纳米管水热合成及光催化性能研究.pdf

重庆大学
硕士学位论文
TiO2纳米管的水热合成及光催化性能研究
姓名:卢露
申请学位级别:硕士
专业:环境科学
指导教师:张云怀
2010-04
重庆大学硕士学位论文中文摘要

摘要

TiO 2 纳米管因具有量子尺寸效应及大的比表面积,与其它纳米结构形式相比,
在传感器、光催化、太阳能电池等领域展现了良好的应用前景,已成为目前国际
上纳米科技领域的研究热点之一。
本文采用水热合成法制备 TiO 2 纳米管,并对不同水热合成时间、不同水热合
成温度、不同有机溶剂清洗对 TiO 2 纳米管的结构形貌、管长、管径大小的影响进
行了研究和探讨。实验表明,TiO 2 纳米管的管长、管径均随着水热合成时间的增
加而增大,但当合成时间超过 48h 时,TiO 2 纳米管的管长、管径均不再发生较大
变化。随着水热合成温度的增加,TiO 2 纳米管的形成量也随之而增加,且 TiO 2 纳
米管的结构形貌也更趋于理想,在 150 达到最佳。
通过采用不同有机溶剂对产物进行清洗处理后发现,采用乙醇进行清洗后,
TiO 2 纳米管的成团效果和分散效果最佳,这有利于为后续的光催化降解有机物的
应用提供易于回收利用的 TiO 2 纳米管催化剂。
对 TiO 2 纳米管样品进行焙烧,XRD 衍射实验表明,TiO 2 纳米管的晶型结构与
其焙烧温度有很大关系,随着焙烧温度的上升,样品由偏钛酸管转变为无定型 TiO 2
纳米管,300℃时晶型结构由锐钛矿型向金红石型转变。在空气气氛中焙烧的样品
比在氮气气氛中焙烧的样品出现金红石型 TiO 2 所需的焙烧温度更低。EDX 分析和
XPS 谱均证明样品在氮气气氛下焙烧会产生氧空位。
以亚***蓝为光催化实验降解对象,研究了不同焙烧温度条件下的 TiO 2 纳米
管以及在不同焙烧气氛中焙烧处理的 TiO 2 纳米管的光催化性能。在不同焙烧气氛
中焙烧处理的 TiO 2 纳米管对光催化降解亚***蓝反应的研究中发现,在氮气中焙
烧的 TiO 2 纳米管其光催化活性明显要高于在空气中焙烧的样品,这主要是因为在
氮气气氛中焙烧的 TiO 2 纳米管因氧缺失而产生一定比例的氧空位,氧空位的存在
可以提高 TiO 2 纳米管光催化活性,这主要有两方面原因:一是氧空位起着电子给
体的作用,并在吸附中成为特定的位置,使电子转移更为有效,降低了电子-空穴
的复合概率;二是氧空位的存在,致使原来分立的施主能级扩展为微带,即相当
于减小了 TiO 2 的禁带宽度。
将本课题中制备的 TiO 2 纳米管团聚结构用于催化剂回收性能及重复利用率研
究发现,此团聚结构在经十次实验重复后,其降解率占首次实验降解率的 %,
而 P25 的降解率仅占首次实验降解率的 %,说明 TiO 2 纳米管团聚结构的重复
使用效率明显优于 P25,这是因为本课题中制备的 TiO 2 纳米管团聚结构具有毛线
球状的结构,极易快速沉淀回收,从而有效的保持了较高的催化效率。这是本论
I
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文的创新之处,同时这也为光催化降解污染物中催化剂不易回收的难题提供了一
个新的解决思路。

关键词:水热合成法,TiO 2 纳米管,氧空位,光催化氧化,团聚结构

II
重庆大学硕士学位论文英文摘要

Abstract

TiO 2 nanotubes have attracted much interest due to their high surface-to-volume
ratios and sizedependent properties, compared to any other form of titania, and the
potential applications in the areas such as photocatalysis, sensing and solar cell.
In this paper, the TiO 2 nanotube were prepared by hydrothermal method .We had
concentrated on the factors affected on the growth of titania nanotube, such as the
hydrothermal duration, the different temperatures for hydrothermal reactions and
anic solvent in post-treatment. T