纤维素模板合成纳米结构二氧化钛光催化性能的研究

【摘要】：随着世界范围内环保和节能需要的增加，利用太阳光治理废水引起了广泛的关注。自1972年以来，二氧化钛由于其无毒、稳定及良好的光催化性能，使其被广泛应用于环境清洁，氢能、锂电池，装饰及太阳能电池。然而，能量转换效率的低下不利于其大规模工业应用。科研工作者做了大量的努力，设计具有特殊结构的二氧化钛以提高其能量转换效率，其中，以生物大分子为模板，通过自组装过程制备多级结构纳米二氧化钛具有广阔的前景。纤维素是自然界储量最大可降解、再生的生物资源，是由多个吡喃葡萄糖环通过1→4糖苷键缩合而成的线性高分子聚合物。其表面具有大量的活性羟基赋予其优异的模板性能。一般来讲，天然纤维素由无定型区和结晶区组成。结晶区具有刚性结构的晶态纳米纤维素可通过天然纤维素用酸水解除去无定型区后制得。水热条件下，纤维素可以通过酸水解形成可溶性低聚物或葡萄糖。由于水热条件下纤维素可以被强酸水解为可溶性低聚物和葡萄糖，经过不同类型的酸的修饰，表面带有不同的带电基团，我们以此为灵感探索纤维素在不同的酸性条件下作为生物大分子模板诱导合成具有特殊结构的二氧化钛。 在本文的第一章，我们对二氧化钛光催化领域的研究背景进行了基本概述，包括二氧化钛的结构、性质、光催化降解有机污染物的机理及常用的提高二氧化钛光催化效率的手段（如贵金属的负载，元素掺杂，半导体复合）等，并简要介绍了微晶纤维素和晶态纳米纤维的独特性质。 在本文的第二章，我们详细地介绍了使用盐酸以及硫酸体系，水热条件下调变酸度、温度以及微晶纤维素的掺入量对合成多级结构纳米二氧化钛形貌的影响。通过去除积碳、负载金纳米粒子等方式提高其光催化性能，在紫外光条件下催化降解甲基橙溶液，并引入商业化的二氧化钛光催化剂P25进行对比，研究了积碳、贵金属负载对二氧化钛光催化性质的影响。 在本文的第三章，我们进一步以晶态纳米纤维素为模板，将无定型的二氧化锡以及二氧化钛前驱体包覆在其表面，调变灼烧温度，制备了锡掺杂二氧化钛纳米棒，并负载不同浓度的金纳米粒子，研究了不同负载量对催化性能的影响规律。