納米TiO2的改性研究.pdf

1、材料的性能與其組成、結(jié)構(gòu)和制備工藝密切相關(guān)。在納米功能材料研究領(lǐng)域，合理將小尺寸效應(yīng)、形貌控制和缺陷設(shè)計(jì)相融合，能夠達(dá)到對(duì)材料性能的設(shè)計(jì)與控制，在最大程度上發(fā)揮各因素間的協(xié)同效應(yīng)，使材料具有最佳性能。
　　環(huán)境污染和能源短缺已經(jīng)成為人類面臨的最大挑戰(zhàn)。納米二氧化鈦由于出色的光催化性能在催化制氫和處理污染方面有著巨大的前景。然而其對(duì)可見光響應(yīng)差、光生電子和空穴復(fù)合快的缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步推廣使用。
　　針對(duì)以上問題，本論文以

2、晶體缺陷理論和晶體生長理論為指導(dǎo)，以提高納米二氧化鈦的光催化性能及可重復(fù)使用性為研究目標(biāo)，對(duì)納米二氧化鈦進(jìn)行改性研究，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，主要研究工作和成果如下：
　　(1)構(gòu)建了氣-液反應(yīng)界面，提出一種新穎的氣相輸運(yùn)水分子法，結(jié)合傳統(tǒng)的研磨法制備了顆粒分布均一、晶粒尺寸小的Ag修飾SnO2/ TiO2復(fù)合納米粉體。樣品的光催化性能不隨 Ag的復(fù)合量的增加而線性增加，400℃煅燒的Sn和 Ag的摩爾含量分別為1％和0.5%

3、的樣品光催化性能最好。測(cè)試結(jié)果表明Ag與Sn的引入導(dǎo)致晶體中產(chǎn)生了大量的氧空位，且隨著 Ag的含量的增加，TiO2的晶體中氧空位的濃度也隨之增加。催化機(jī)理研究表明，這些氧缺陷一方面能夠捕獲光生電子，抑制電子—空穴對(duì)的復(fù)合，促進(jìn)光催化；另一方面又由于其捕獲了能與氧氣結(jié)合降解亞甲基蘭的光生電子，導(dǎo)致光催化性能的降低。
　　(2)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通常納米粉體材料因粒徑小，而導(dǎo)致的難以從溶液中分離，導(dǎo)致其重復(fù)使用性能較差。為了解決這一問題，在晶

4、體缺陷設(shè)計(jì)的過程中融入了形貌控制手段，通過一種改進(jìn)的溶膠—凝膠法制備出了棒狀N摻雜TiO2/Ag納米粉體。整個(gè)過程不需要添加表面活性劑，制備過程相對(duì)簡(jiǎn)單、安全、環(huán)保。從制備過程中不同階段的SEM圖片發(fā)現(xiàn)棒狀結(jié)構(gòu)是在煅燒過程中逐漸產(chǎn)生，在完成晶體缺陷設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行了形貌控制，為制備二氧化鈦納米棒提出了一種新思路。與 TiO2、N-TiO2和Ag-TiO2相比，棒狀N-摻雜TiO2/ Ag納米粉體不僅在可見光下催化性能得到很大提高，在光催化

5、速率最高達(dá)到純二氧化鈦的3.5倍的同時(shí)保持了較好的光催化穩(wěn)定性，在5次使用后仍然具有較高的光催化活性。這主要?dú)w功于N-摻雜和Ag-修飾的協(xié)同效應(yīng)可以提高樣品的光催化活性，而棒狀結(jié)構(gòu)易于從液體中分離，便于回收利用，可以在很大程度上提高樣品的重復(fù)使用性。
　　(3)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，納米 TiO2顆粒聚集成為納米棒后，將導(dǎo)致比表面積的減小，從而在一定程度上影響其光催化性能。為了解決這一問題，在晶體缺陷設(shè)計(jì)的過程中融入了形貌控制手段，并且引入了

6、介孔結(jié)構(gòu)，以硝酸銨為氮摻雜的來源，同時(shí)作為介孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的條件，通過一種改進(jìn)的溶膠—凝膠法制得了N-摻雜介孔TiO2納米棒，在完成晶體缺陷設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行了形貌控制。整個(gè)過程不需要添加模板劑，制備過程相對(duì)簡(jiǎn)單、安全、環(huán)保。所制得的樣品為長約1.5μm，直徑約80 nm的納米棒。介孔的孔徑為5-10 nm，比表面積最大可達(dá)106.4 m2 g?1。N-摻雜介孔TiO2納米棒由于有著較小的禁帶寬度、較大的比表面積，顯示出了較好的可見光催化活性。