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CuO和TiO_2微/纳米材料的制备、表征及性质

李宏斌  
【摘要】:过去几十年,纳米科学和纳米技术方面的研究呈现指数级增长,当材料的粒子尺寸变得越来越小达到纳米级的时候,这种材料就会表现出不同于平常的新的物理化学性质。CuO和TiO_2微/纳米材料由于其优良的光催化、光电转换、磁储存等性能,成为纳米材料方面的研究热点。由于纳米材料的性能很大程度上依赖于其微观粒子的形貌和尺寸,所以合成出不同形貌和尺寸的CuO和TiO_2纳米材料就成为了研究的主要方向。本文制备出了三种不同形貌的CuO纳米材料、具有高光催化活性的TiO_2空心微球和TiO_2纳米粒子,并进行了铜离子掺杂二氧化钛光催化剂的改性研究,具有的研究内容如下:1、以碱式硝酸铜和氢氧化钠为反应原料,聚丙烯酰胺为辅助剂,通过超声法结合热转换反应合成了具有纳米线状次级结构的棒状CuO;以碱式草酸铜和氢氧化钠为反应原料,在聚乙烯醇辅助试剂的作用下,利用超声法合成了CuO纳米线;通过微波的作用将前驱体碱式氯化铜和氢氧化钠直接反应生成具有奇特花状形貌的单斜晶系结构的CuO,对三种不同形貌的CuO样品都进行了XRD、SEM、TEM、HRTEM、FI-IR、BET、UV-Vis、PL等表征分析及光学性质研究,并研究了不同合成方法及不同种类碱式铜盐前驱物对产物形貌的影响,探讨了CuO荧光性与其形貌的关系。2、以钛酸丁酯为钛源,聚乙二醇(2000)为模板剂,在无水乙醇中采用醇热法成功合成了TiO_2空心微球,对样品进行了XRD、SEM、TEM、BET等测试和光催化活性研究,结果表明空心微球的直径约为2μm,其组成颗粒的平均粒径为10.1nm。TiO_2空心微球的比表面积为57.07m~2/g,BJH孔径分布说明样品的孔直径主要分布在2-8nm处,即为介孔TiO_2。在模拟太阳光下样品TiO_2空心微球对罗丹明B表现出了很好的光降解效率,在降解时间为120min时光解率达到97%,比商品TiO_2P25降解效率高出近18%。当罗丹明B和镁试剂两种染料共存时,TiO_2空心微球的光催化降解效率与一种染料单独存在时基本相同。3、以四氯化钛、无水乙醇为反应原料,聚乙二醇(400)为模板剂,采用醇热法制备TiO_2纳米粒子,并采用水热法对TiO_2纳米粒子进行了铜离子掺杂,对其形貌结构进行了一系列表征,研究了铜离子的量对其光催化活性的影响。此外,还研究了在光催化反应体系中直接加入不同量的Cu~(2+)对TiO_2光催化活性的影响。结果表明一定浓度的铜离子掺杂可提高TiO_2的光催化活性。


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