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,功能材料的制各與應用是材料科學研究的熱點,其功能主要集中在光、電、磁、力學等方面。二氧化鈦作為一種半導體材料,因其卓越的物理化學性能,并展現(xiàn)出光催化等特殊性質,具有廣闊的應用前景,得到了諸多研究人員的關注。
　　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行鐵離子摻雜改性。詳細討論了合成工藝、實驗條件對二氧化鈦粒子形態(tài)結構的影響,研究了二氧化鈦粒子在溶膠.凝膠法中的形成機理,并探討了二氧化鈦粒子

2、光催化性能以及鐵摻雜對二氧化鈦光催化性能的影響。利用TEM,XRD,SEM,紫外可見光譜等手段對二氧化鈦粒子的形態(tài)、結構、性能進行了詳細表征。
　　具體研究結果與內容如下:
　　(1)采用溶膠-凝膠法,分別以乙醇/水、丙酮為反應介質,通過鈦酸正丁酯的水解縮合反應合成了二氧化鈦納米粒子。通過調節(jié)介質的pH、反應溫度、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.凝膠反應條件對產物結構及形態(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構。結果表明,通過低溫陳化方法,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,其中酸催化劑對粒子的形態(tài)與結構有重要影響。
　　(2)對丙酮體系溶膠.凝膠法進行改進,采用乙二醇作為二氧化鈦前驅體螯合劑,提高前驅體濃度,制備得到不同粒徑的納米二氧

4、化鈦粒子。通過控制不同的催化劑種類與前驅體濃度,制備了粒徑從52nm-942nm的二氧化鈦粒子。研究酸催化劑在溶膠.凝膠體系中對產物二氧化鈦粒子形態(tài)結構的影響,并對反應機理進行了研究和討論。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為目標降解物的染料溶液中,研究粒子的光催化性能,結果表明粒徑越小,光催化活性較高,同時研究了不同溫度煅

5、燒后,混晶效應對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)與結構。二氧化鈦粒子煅燒預處理后基本保持原有的形態(tài),從而可通過水熱法制備不同粒徑鐵摻雜的二氧化鈦粒子。XRD測試結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,對納米TiO2粒子的光學性能進行了分析,考察鐵摻雜對二氧化鈦粒子光學性能的影響。對鐵