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一维钛酸纳米材料的制备、表面修饿与物性研究

作　者: 钟蕾
导　师: 陈文
学　校: 武汉理工大学
专　业: 新能源材料
关键词: 水热法 一维钛酸钠米带材料 贵金属纳米晶 自组装 光催化效应
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


太阳光的有效利用是解决目前能源危机和众多环境问题(如温室效应、臭氧层破坏、环境污染等)的最有效途径之一。TiO2材料由于具有无毒、活性高、便宜、耐紫外光腐蚀、耐强酸、耐强碱和耐强氧化剂等特点而成为应用前景最好的光催化剂。但是,由于TiO2的禁带宽度较大(3.2 eV),在可见光光谱范围内的吸收产率非常微弱。因此,开发新型光催化剂材料和技术以增强对可见光光谱范围的吸收成为当前光催化剂研究领域的热点内容。本研究工作针对一种新型的TiO2基光催化材料—一维钛酸纳米带的制备、表面修饰及其光催化增强效应等方面展开研究。采用热碱水热法制备了宽度约为30-50 nm,厚度为1-2nm、长度约为几个微米的一种新型钛酸(H2Ti5O11·3H2O)纳米带；通过系统地研究合成工艺(热碱浓度、pH值、水热合成的时间及温度等)对产物结构的影响,实现了产物的可控制备。研究表明生成尺寸较小、分布均匀、表面光滑的纳米带的最优条件为：NaOH浓度为10M、水热时间2D、后处理pH值为5.6、水热温度为180℃。研究了该一维钛酸纳米带的物理性能：(1)一维钛酸纳米带具有较好的热稳定性,在温度低于400℃时,钛酸的物相和形貌都能稳定存在；当温度高于600℃时,钛酸物相消失,生成Na2Ti6O13相；(2)一维钛酸纳米带在紫外可见光下具有较好的光吸收性能和催化效应,其光催化降解产率为67%,而对可见光的响应较微弱,其光催化降解产率仅为6%,；(3)电化学储锂性能表明首次充放电容量分别为190和155 mAh/g,循环20次,充放电容量依然保持为108和106 mAh／g,表明该材料具有良好的充放电可逆性。选取硫氢基乙酸作为有机耦合剂,将贵金属Pt和Au纳米晶沉积在一维钛酸纳米带表面,自组装构成相应的异质结材料。沉积在一维钛酸纳米带表面的Pt纳米颗粒平均尺寸约为2.8nm, 11wt%-Pt/钛酸纳米带异质结材料在紫外可见光照射240min后降解产率为98%,在可见光照射300min后降解产率为68.2%。沉积在一维钛酸纳米带表面Au纳米颗粒平均尺寸为10-20nm,其光吸收增强很明显,含量约为5%时降解产率最好,在紫外可见光照射120min降解彻底,其在可见光照射180min后降解产率为99.5%。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 TiO_2基半导体纳米材料的研究现状  9-13
    1.2.1 TiO_2基半导体纳米材料的光催化效应  9-12
    1.2.2 TiO_2基半导体纳米材料的光催化原理  12-13
  1.3 一维钛酸纳米材料的研究现状  13-17
    1.3.1 一维钛酸纳米材料的基本知识  14-15
    1.3.2 一维钛酸纳米材料的微观结构  15-16
    1.3.3 一维钛酸纳米材料的性能  16-17
  1.4 论文选题的目的、意义及研究的主要内容  17-19
    1.4.1 论文选题的目的与意义  17-18
    1.4.2 论文研究的主要内容  18-19
第2章 一维钛酸纳米带其表面修饰材料的制备与表征  19-27
  2.1 实验药品与仪器  19-20
    2.1.1 实验药品  19
    2.1.2 实验仪器  19-20
  2.2 一维钛酸纳米带的制备  20-22
  2.3 一维钛酸纳米带表面修饰材料的制备  22-23
    2.3.1 Pt/钛酸纳米带异质结的制备  22-23
    2.3.2 Au/钛酸纳米带异质结的制备  23
  2.4 结构与性能表征方法  23-26
    2.4.1 结构表征方法  23-25
    2.4.2 电化学性能测试方法  25-26
    2.4.3 光催化效应测试方法  26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 一维钛酸纳米带的组成、结构及其性能  27-42
  3.1 一维钛酸纳米带的组成、结构分析  27-28
  3.2 合成工艺对产物结构的影响  28-33
    3.2.1 反应物浓度对一维钛酸纳米带微观结构的影响  28-29
    3.2.2 反应时间对一维钛酸纳米带微观结构的影响  29-30
    3.2.3 反应温度对一维钛酸纳米带微观结构的影响  30-32
    3.2.4 后处理pH值对于一维钛酸纳米带微观结构的影响  32-33
  3.3 一维钛酸纳米带的物理性能研究  33-40
    3.3.1 一维钛酸纳米带的热稳定性  33-36
    3.3.2 一维钛酸纳米带的光学性能  36-38
    3.3.3 一维钛酸纳米带的电学性能  38-40
  3.4 一维钛酸钠米带材料的形成过程  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 一维钛酸纳米带的表面修饰及其光催化效应  42-60
  4.1 Pt沉积一维钛酸纳米材料的结构及光催化效应  42-51
    4.1.1 晶相结构分析(XRD)  42-43
    4.1.2 形貌分析(SEM)  43-45
    4.1.3 成分分析(XPS分析)  45-46
    4.1.4 紫外可见漫反射光谱分析(UV-vis)  46-47
    4.1.5 Pt/钛酸纳米带异质结材料光催化效应  47-49
    4.1.6 光致发光分析(PL谱)  49-50
    4.1.7 Pt/钛酸纳米带异质结材料形成  50-51
  4.2 Au/钛酸纳米带异质结材料的结构及光催化效应  51-56
    4.2.1 显微结构分析  51-52
    4.2.2 紫外可见光谱分析  52-53
    4.2.3 成分分析(XPS)  53-54
    4.2.4 Au/钛酸纳米带异质结材料光催化效应  54-55
    4.2.5 光致发光分析(PL谱)  55-56
  4.3 贵金属沉积在一维钛酸纳米带表面光催化机理  56-58
  4.4 本章小结  58-60
第5章 主要结论  60-62
参考文献  62-69
硕士期间发表论文和科研情况  69-71
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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