核-殼結構的TiO-,2--ZnO納米材料的制備及性能研究.pdf

1、TiO2是一種重要的無機功能材料,因其具有濕敏、氣敏、光電轉換、介電效應、光致變色及優(yōu)越的光催化等性能,使其在傳感器、介電材料、光電材料、自潔材料和催化劑及載體等領域具有廣泛的應用前景。
　　 TiO2納米管是TiO2的又一種存在形式,由于納米管具有大的比表面積,因而具有較高的吸附能力,可望提高TiO2的光催化性能,特別是如果能在管中裝入更小的無機、有機、金屬或磁性納米粒子組裝成復合納米材料,將會大大改善TiO2的光電、電磁及催

2、化性能。
　　 納米TiO2存在太陽能利用率低,光生電子和光生空穴極易復合導致的光催化效率不高這兩個主要缺點,極大地限制了TiO2的實際應用。氧化鋅為直接帶隙半導體,二氧化鈦為間接帶隙半導體,兩者的禁帶寬度非常接近,導帶底和價帶頂能量相差不多,將兩者耦合能對其光學性能產(chǎn)生重要影響。
　　 有研究表明氧化鋅的引入可以抑制二氧化鈦晶型轉變過程和粒子生長,使ZnO-TiO2復合半導體在紫外光、自然光、太陽光照射下的光催化效率都

3、較單一ZnO和TiO2高,且吸收光譜發(fā)生紅移。
　　 本文主要研究了ZnO納米棒、TiO2納米管、TiO2/ZnO納米復合材料的制備及相關性能,為上述納米材料更好和更為廣泛的應用提供了理論依據(jù)和實驗基礎。具體內(nèi)容如下:
　　 (1)以不同原料和反應條件制得不同形貌、具有六角纖鋅礦單晶結構的ZnO納米棒,且這類ZnO納米棒分布均勻、無明顯團聚現(xiàn)象。
　　 討論了原料組成、反應溫度、反應時間、醇水比、表面活性劑等因素

4、對ZnO微晶形成的影響,并初步分析了其形成機理。以0.04M的Zn(NO3)·6H2O和0.05M的(NH4)2CO3,在以SDS為表面活性劑輔助下,于體積比2:1的醇/水體系中200℃水熱反應10小時制得的ZnO微晶形貌最佳,其平均直徑約59nm,長徑比達40。采用XRD分析確定所制得的ZnO微晶具有六角纖鋅礦結構,尺寸小、晶型良好,且XRD數(shù)據(jù)與TEM結果一致。
　　 (2)采用電化學陽極氧化法,在F-存在下制得形貌規(guī)整、有

5、序、排列緊密的中空TiO2納米管。
　　 通過調整制備工藝條件,可知TiO2納米管的制備受陽極氧化電壓、時間、反應液pH值影響。經(jīng)實驗優(yōu)化得在陽極氧化電壓60V、反應液pH值為6、反應9小時的條件下制得的TiO2納米管的形貌最好。由SEM結果分析知所制得TiO2納米管管徑約100nm,具有高長徑比。由XRD分析確定所得TiO2納米管的晶型良好,且與SEM結果一致。
　　 (3)采用二步法成功地制備了形貌規(guī)整、清晰的核-殼

6、結構的TiO2/ZnO納米復合材料,由EDS分析確定其元素組成為鈦、鋅、氧。
　　 實驗證明表面活性劑、鋅含量對TiO2/ZnO納米復合材料的形貌具有較大影響。表面活性劑影響納米復合材料中氧化鋅的尺寸,可能是由表面活性劑的極性導致而成,采用SDS做表面活性劑得到的尺寸比CTAB小一半；鋅含量對復合納米材料表面形貌影響較大,鋅含量在0.0002M時制得的TiO2/ZnO納米復合材料形貌最佳,過多的鋅會使鈦管被堵塞而見不到孔洞狀。<