納米TiO2的合成、改性及光催化活性研究.pdf

1、納米二氧化鈦(TiO2)因其無毒性、化學(xué)穩(wěn)定性好、具有很高的光催化活性，近幾十年來受到了極大的關(guān)注。TiO2光生電子-空穴復(fù)合速率快，對太陽能利用率低，是影響TiO2活性的最大因素。開發(fā)一種光生電子-空穴復(fù)合速率低、對太陽能的利用率高的TiO2的制備方法刻不容緩。
　　 本論文采用溶劑熱法，以鈦酸丁酯為鈦源，以固體羧酸或者固體羧酸與乙醇混合調(diào)控制備不同粒子尺寸、形貌和光催化性能的納米TiO2材料。此外，利用氧化石墨烯與鈦酸丁酯反

2、應(yīng)合成了TiO2-RGO復(fù)合物。利用X-射線粉末衍射、透射電鏡、紅外光譜、X-射線電子能譜儀等手段對所制備的材料進(jìn)行表征，并以亞甲基藍(lán)(MB)為降解目標(biāo)物，考察其光催化活性。具體結(jié)論如下:
　　 1.在月桂酸調(diào)控下，通過考察體系中有機(jī)溶劑種類及其添加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)物比、水的添加量等因素對所制備的TiO2性能的影響，探索制備高活性納米TiO2的優(yōu)化條件。大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)月桂酸與鈦酸丁酯的摩爾比為5∶1，溶劑為乙醇且添加量為10

3、ml、反應(yīng)溫度為200℃時(shí)，所制備的TiO2有最好的光催化活性，而水的添加量對所制備的TiO2的活性影響不大。且在該體系下TiO2納米晶的生長方式遵循定向聚集(OA)生長機(jī)制。
　　 2.利用其他固體羧酸（蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、草酸）直接或者與乙醇混合，調(diào)控合成了結(jié)晶度高、粒子尺寸小、比表面積大、微觀形貌不同的優(yōu)異光催化活性的TiO2，開創(chuàng)了一種有機(jī)酸調(diào)控制備高光催化活性納米TiO2催化劑的新路線。其中，在無乙醇條件下利用蘋果

4、酸調(diào)控制備的TiO2，以及利用檸檬酸在有無乙醇條件下制備的TiO2，在紫外光照射20min時(shí)，對MB的降解率都高達(dá)98％以上;利用酒石酸在有無乙醇條件下制備的TiO2，對MB的降解率也可達(dá)90％。而利用草酸調(diào)控合成了內(nèi)部具有囊泡狀納米孔穴的納米TiO2。納米孔穴可能是在焙燒過程中水的蒸發(fā)造成的。草酸調(diào)控制備的TiO2，在太陽光的照射之下，2h內(nèi)可將MB降解完全;在紫外光照射20min時(shí)，對MB的降解率也可達(dá)98％以上。即使在強(qiáng)酸性條件，

5、草酸調(diào)控制備的TiO2對MB降解能力也很強(qiáng)。草酸體系下所合成的TiO2的優(yōu)異的光催化活性可歸因于納米TiO2高的結(jié)晶度以及新穎的內(nèi)部致密孔穴結(jié)構(gòu)。提出了一種在草酸調(diào)控下簡單制備內(nèi)部具有新穎納米孔穴結(jié)構(gòu)且光催化活性高的二氧化鈦材料的新方法。
　　 3.利用改進(jìn)的Hummers法將自然石墨粉氧化成氧化石墨烯(GO)，通過控制GO的初始添加量，與鈦源水熱反應(yīng)合成TiO2-2wt％RGO復(fù)合物。通過各種手段證實(shí)自然石墨粉被氧化剝離成GO