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基于氧化钛纳米材料的制备与性能研究

作　者: 李冰洁
导　师: 董文钧
学　校: 浙江理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 钙钛矿 多孔 TiO2 纳米结构 光催化
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
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内容摘要


本论文致力于研究钙钛矿氧化物MTiO3 （M= Ba, Sr, Ca, Mg）纳米结构,多孔SrTiO3纳米微球和多层TiO2纳米管@Ag纳米粒子异质结构的制备与表征,并探索了MTiO3的电学性能及多孔SrTiO3纳米微球和多层TiO2纳米管@Ag纳米粒子异质结构的光催化性能。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X-射线衍射（XRD）、紫外-可见光吸收（UV–vis）、电压-电容（C–V）和极化-电压（P–E）循环曲线等多种分析测试手段对这些纳米结构材料进行表征。结果归纳如下:1.运用水热合成法,在Ti板基底上成功制备出BaTiO3纳米环结构,SrTiO3纳米颗粒结构,CaTiO3微米级长方体结构,MgTiO3纳米盘结构的薄膜。研究了反应时间,反应温度,溶液中碱浓度对产物形貌与结构的影响。通过调节反应时间和反应温度实现了BaTiO3从立方向四方晶型的转变。并研究了MTiO3纳米结构的生长机理,BaTiO3和SrTiO3纳米结构经历了“纳米线–纳米管–纳米环”的生长过程;CaTiO3和MgTiO3纳米结构的生长机理是:TiO2纳米管在钛酸盐纳米线表面外延生长的同时,MTiO3（M= Ca, Mg）在溶液中自成核,随后钛酸盐纳米线、TiO2纳米管完全转化为CaTiO3或MgTiO3纳米结构。通过测量BaTiO3,SrTiO3,CaTiO3纳米结构薄膜的电压–电容曲线及BaTiO3极化–电压曲线,分析它们的介电性能,结果证明所制得的BaTiO3纳米结构薄膜具有良好的铁电性,SrTiO3,CaTiO3纳米结构具有很高的介电常数。2.利用水热合成法在无模板剂的条件下成功制备出多孔SrTiO3纳米微球。多孔SrTiO3纳米微球的孔径大小可通过反应时间和反应温度进行调节。研究了钛源对产物相貌的影响,当钛酸盐纳米线作为钛源时,制备出了实心SrTiO3纳米微球,当钛酸盐纳米管作为钛源时,制备出空心SrTiO3纳米微球,比较所制得的实心与空心SrTiO3纳米微球的光催化活性,结果显示多孔SrTiO3纳米微球具有更强的光催化活性。3.首先利用水热法成功制备出多层TiO2纳米管,再通过水相沉淀法在多层TiO2纳米管的内外壁上沉积Ag纳米粒子,形成多层TiO2纳米管@Ag纳米粒子的异质结构。通过调节溶液中银离子浓度可实现对银颗粒沉积数量的控制,通过调节反应时间可达到对沉积银纳米颗粒大小的控制。并比较了钛酸盐纳米线、多层TiO2纳米管、多层TiO2纳米管@Ag纳米粒子异质结构的光催化活性,结果显示,多层TiO2纳米管@Ag纳米粒子异质结构的光催化具有明显增强效果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-28
  1.1 引言  9
  1.2 钙钛矿氧化物  9-16
    1.2.1 钙钛矿氧化物的物理性能与应用  10-12
    1.2.2 钙钛矿纳米材料的制备方法  12-13
    1.2.3 钙钛矿纳米材料的最新研究进展  13-16
  1.3 多孔钙钛矿纳米材料的制备及研究现状  16-18
    1.3.1 多孔钙钛矿材料的制备  16-17
    1.3.2 多孔钙钛矿材料的研究现状  17-18
  1.4 基于TiO_2 光催化简介  18-22
    1.4.1 基于TiO_2 光催化的基本原理  18-19
    1.4.2 提高TiO_2 光催化性能的途径  19-21
    1.4.3 贵金属沉积TiO_2 光催化剂的研究现状  21-22
  1.5 本课题选题背景，研究内容和创新点  22-24
  参考文献  24-28
第二章：钙钛矿纳米材料的制备、生长机理及电学性能的研究  28-47
  2.1 引言  28
  2.2 实验部分  28-29
    2.2.1 实验试剂  28-29
    2.2.2 实验步骤  29
    2.2.3 样品表征手段  29
  2.3 结果与讨论  29-38
    2.3.1 反应时间对BaTiO_3 形貌与结构的影响  30-31
    2.3.2 NaOH 浓度对BaTiO_3 形貌与结构的影响  31-32
    2.3.3 反应温度对BaTiO_3 形貌与结构的影响  32-33
    2.3.4 反应时间对SrTiO_3 形貌与结构的影响  33-34
    2.3.5 反应温度对SrTiO_3 形貌与结构的影响  34-35
    2.3.6 反应时间对CaTiO_3 形貌与结构的影响  35-36
    2.3.7 反应时间对MgTiO_3 形貌与结构的影响  36-38
  2.4 电学性能研究  38-39
  2.5 反应机理的研究  39-41
  2.6 本章小结  41-42
  参考文献  42-47
第三章 多孔SrTiO_3纳米微球的制备与光催化性能研究  47-60
  3.1 引言  47
  3.2 实验试剂与仪器  47-48
  3.3 多孔SrTiO_3 粉末的制备  48
  3.4 结果与讨论  48-55
    3.4.1 反应时间对SrTiO_3 形貌的影响  49-51
    3.4.2 反应温度对SrTiO_3 形貌的影响  51-52
    3.4.3 溶液中NaOH 浓度对SrTiO_3 形貌的影响  52
    3.4.4 不同钛源对产物形貌的影响  52-53
    3.4.5 多孔SrTiO_3 光催化性能的研究  53-55
  3.5 本章小结  55-56
  参考文献  56-60
第四章 多层TiO_2纳米管@ Ag 纳米粒子异质结构的制备与光催化性能研究  60-68
  4.1 引言  60
  4.2 实验试剂与仪器  60-61
  4.3 样品的制备  61
  4.4 结果与讨论  61-64
    4.4.1 银离子的浓度对沉积的银纳米颗粒数量的影响  62-63
    4.4.2 反应时间对沉积银纳米颗粒大小的影响  63-64
  4.5 光催化性能研究  64-65
  4.6 本章小结  65-66
  参考文献  66-68
第五章 结论  68-69
工作展望  69-70
硕士期间完成的论文  70
硕士期间申请专利  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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