溶膠—凝膠法制備納米二氧化鈦及其光催化性能研究.pdf

1、近年來(lái),功能材料的制各與應(yīng)用是材料科學(xué)研究的熱點(diǎn),其功能主要集中在光、電、磁、力學(xué)等方面。二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N半導(dǎo)體材料,因其卓越的物理化學(xué)性能,并展現(xiàn)出光催化等特殊性質(zhì),具有廣闊的應(yīng)用前景,得到了諸多研究人員的關(guān)注。
　　本論文主要研究了溶膠-凝膠法制備納米二氧化鈦粒子,并將納米二氧化鈦粒子進(jìn)行鐵離子摻雜改性。詳細(xì)討論了合成工藝、實(shí)驗(yàn)條件對(duì)二氧化鈦粒子形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響,研究了二氧化鈦粒子在溶膠.凝膠法中的形成機(jī)理,并探討了二氧化鈦粒子

2、光催化性能以及鐵摻雜對(duì)二氧化鈦光催化性能的影響。利用TEM,XRD,SEM,紫外可見(jiàn)光譜等手段對(duì)二氧化鈦粒子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了詳細(xì)表征。
　　具體研究結(jié)果與內(nèi)容如下:
　　(1)采用溶膠-凝膠法,分別以乙醇/水、丙酮為反應(yīng)介質(zhì),通過(guò)鈦酸正丁酯的水解縮合反應(yīng)合成了二氧化鈦納米粒子。通過(guò)調(diào)節(jié)介質(zhì)的pH、反應(yīng)溫度、催化劑的用量等影響因素,合成了不同粒徑的二氧化鈦納米粒子,并探討了溶膠.凝膠反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及形態(tài)的影響。采用

3、TEM研究二氧化鈦粒子的形態(tài)與分散性,XRD表征二氧化鈦粒子的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,通過(guò)低溫陳化方法,在乙醇/水體系中可制各銳鈦礦型納米二氧化鈦粒子,而利用乙二醇作為鈦酸正丁酯螯合劑,在丙酮體系中可制備粒徑可控納米二氧化鈦粒子。所得二氧化鈦粒子具有良好的分散性與粒徑分布,其中酸催化劑對(duì)粒子的形態(tài)與結(jié)構(gòu)有重要影響。
　　(2)對(duì)丙酮體系溶膠.凝膠法進(jìn)行改進(jìn),采用乙二醇作為二氧化鈦前驅(qū)體螯合劑,提高前驅(qū)體濃度,制備得到不同粒徑的納米二氧

4、化鈦粒子。通過(guò)控制不同的催化劑種類與前驅(qū)體濃度,制備了粒徑從52nm-942nm的二氧化鈦粒子。研究酸催化劑在溶膠.凝膠體系中對(duì)產(chǎn)物二氧化鈦粒子形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響,并對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究和討論。將納米二氧化鈦粒子在500℃與800℃下煅燒,分別得到銳鈦礦與金紅石相二氧化鈦粒子。將在500℃下煅燒后得到的銳鈦礦型納米二氧化鈦粒子引入以羅丹明B為目標(biāo)降解物的染料溶液中,研究粒子的光催化性能,結(jié)果表明粒徑越小,光催化活性較高,同時(shí)研究了不同溫度煅

5、燒后,混晶效應(yīng)對(duì)二氧化鈦光催化活性的影響。
　　(3)將制得的粒徑可控納米二氧化鈦粒子為種子,進(jìn)一步以水熱法合成了鐵離子摻雜的納米二氧化鈦粒子,系統(tǒng)研究了摻雜后納米粒子的形態(tài)與結(jié)構(gòu)。二氧化鈦粒子煅燒預(yù)處理后基本保持原有的形態(tài),從而可通過(guò)水熱法制備不同粒徑鐵摻雜的二氧化鈦粒子。XRD測(cè)試結(jié)果表明鐵離子沉積在二氧化鈦粒子表面形成氧化鐵。利用漫反射光譜,對(duì)納米TiO2粒子的光學(xué)性能進(jìn)行了分析,考察鐵摻雜對(duì)二氧化鈦粒子光學(xué)性能的影響。對(duì)鐵