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水热合成钛酸钾一维纳米材料的微结构表征及其光催化性能研究

作　者: 刘慧
导　师: 春翔
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料学
关键词: 钛酸钾 一维纳米材料 水热法 微观结构 光催化活性
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


钛酸钾是一种物理化学性能优异的无机非金属材料,而一维纳米材料的制备及其所具有的奇特的物化性能得到了越来越多研究人员的关注。因此研究钛酸钾一维纳米材料的制备及其结构性能将会进一步拓宽其应用领域。本研究采用水热合成法,以锐钛矿型TiO2纳米颗粒和KOH溶液为原料,通过改变其工艺参数（包括反应温度、反应时间和KOH溶液的浓度）来系统研究了制备条件对合成钛酸钾一维纳米材料的微结构的变化,并测试了不同工艺条件下钛酸钾一维纳米材料的光催化性能。通过X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和透射电镜对其不同工艺条件下水热合成产物的微结构进行了表征,结果表明,通过水热合成法可以成功制备出钛酸钾一维纳米材料,其物相组成主要为K2Ti6O13,且通过控制水热反应温度和相应的反应时间,可以制备出具有不同形态的钛酸钾一维纳米结构,即随着反应温度的提高,其一维纳米结构发生了从纳米棒→纳米线→纳米片层结构→纳米管→纳米带的形态演变,而KOH溶液浓度以10 M为佳。而从一定反应温度下的动态取样的XRD和SEM分析发现,K2Ti6O13在水热反应体系中能快速形核并长大。通过测试不同工艺条件水热合成钛酸钾一维纳米材料对亚甲基蓝溶液的降解率实验可知,钛酸钾一维纳米材料比锐钛矿型TiO2纳米粉原料的光催化活性有了显著的提高,具有更好的光催化性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 一维纳米材料的研究现状和发展趋势  10-13
    1.2.1 一维纳米材料的合成与制备方法  10-12
    1.2.2 一维纳米材料的性质及应用展望  12-13
  1.3 纳米光催化技术机理及其应用  13-16
    1.3.1 光催化剂的反应原理  13-14
    1.3.2 光催化反应的影响因素  14-15
    1.3.3 纳米材料的光催化活性的应用领域  15-16
  1.4 钛酸钾一维纳米结构材料的结构特性及其应用  16-17
  1.5 本课题研究的目的、意义及主要研究内容  17-18
    1.5.1 课题研究的目的和意义  17
    1.5.2 主要研究内容  17-18
第二章 实验材料、设备及方法  18-22
  2.1 实验材料  18
    2.1.1 制备TiO_2纳米粉用原材料.  18
    2.1.2 制备钛酸钾一维纳米材料用原材料  18
    2.1.3 光催化性能测试用化学试剂  18
  2.2 实验设备  18-19
    2.2.1 材料制备用设备  18
    2.2.2 材料微结构表征及光催化性能测试用设备  18-19
  2.3 实验方法  19-22
    2.3.1 整个工艺流程  19
    2.3.2 溶胶-凝胶法制备TiO_2纳米粉  19
    2.3.3 水热合成钛酸钾一维纳米材料  19-20
    2.3.4 光催化性能测试  20-22
第三章 钛酸钾一维纳米材料的制备及其微结构表征  22-44
  3.1 引言  22
  3.2 溶胶凝胶法合成TiO_2原料粉的表征与分析  22-24
  3.3 不同工艺条件下水热合成产物的微结构表征  24-37
    3.3.1 反应温度对水热合成产物的微结构影响  24-33
    3.3.2 反应时间对水热合成产物的微结构影响  33-35
    3.3.3 KOH 浓度对水热合成产物的微结构影响  35-37
  3.4 水热合成过程中动态取样产物的SEM 及XRD 表征与分析  37-42
    3.4.1 动态取样过程中水热合成产物的相组成变化结果与分析  37-41
    3.4.2 动态取样过程中水热合成产物的形态变化结果与分析  41-42
  3.5 钛酸钾一维纳米材料的形成机制探讨  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章 钛酸钾一维纳米材料的光催化性能研究  44-48
  4.1 引言  44
  4.2 水热合成钛酸钾一维纳米材料的光催化性能的测试结果与分析  44-47
    4.2.1 合成温度对合成钛酸钾一维纳米材料光催化性能的影响  44-46
    4.2.2 反应时间对合成钛酸钾一维纳米材料光催化性能的影响  46-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章 结论  48-49
参考文献  49-54
攻读硕士学位期间的相关科研成果  54-55
致谢  55

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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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