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《苏州大学》 2010年
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二氧化钛及钛酸盐杂化纳米结构的设计合成

薛秀冬  
【摘要】: 纳米结构的二氧化钛和钛酸盐是重要的功能无机材料,它们在光/电化学催化和离子交换领域具有重要的应用。目前,有关二氧化钛和钛酸盐纳米结构研究的一个重要方向是利用金属、半导体、磁性材料等来对二氧化钛和钛酸盐纳米结构进行修饰,从而形成纳米复合结构,以提高它们的性能。本论文研究了管束状钛酸盐/金和钛酸盐/钯复合纳米结构的合成、银/二氧化钛纳米带的合成以及四氧化三铁/钛酸钠纳米片的合成,也对它们的电化学催化、光催化和离子交换性质进行了表征。 (1)钛酸盐/金和钛酸盐/钯复合纳米结构的合成及电化学催化氧化甲醇性能:在Au或Pd溶胶存在时通过TiO2粉末和NaOH反应合成了管束状钛酸盐/金和钛酸盐/钯复合纳米结构。由于钛酸盐纳米管独特的卷曲生长机理,Au或Pd粒子被纳米管束包裹住。与广泛用作金属粒子载体的碳纳米管和活性炭相比,钛酸盐纳米管束能牢固固定金属粒子,防止金属粒子从载体上脱落。制备的钛酸盐/金属纳米结构有多孔性和大的表面积。钛酸盐/钯异质结构甲醇的电化学氧化实验中表现出高的电催化活性和优良的稳定性,它们将是直接甲醇燃料电池理想的催化剂。(2)银/二氧化钛纳米带的合成及光催化性质:通过Ag和TiO2粉末在NaOH中的一锅煮水热反应以及经过酸化、煅烧等后处理,合成出了均匀的Ag@TiO2纳米带。纳米带的内部富含小孔并且Ag粒子均匀的分布在纳米带的表面上。Ag@TiO2纳米带的平均宽度大概是50纳米,长度能够达到几十微米。结合了Ag粒子的TiO2纳米带不仅增加了TiO2的光吸收效率,而且有利于光生电荷的分离。因此,与单独的TiO2纳米带相比,Ag@TiO2纳米带能够在较短的时间内促使亚甲基蓝完全光降解。 (3)四氧化三铁/钛酸钠纳米片的合成与离子交换性能:通过Fe和TiO2粉末在NaOH中的联合反应制备出了表面外延生长着Fe3O4的Na2Ti3O7纳米片。合成的Fe3O4@Na2Ti3O7纳米片产量极高(~95%)。用荧光素及其衍生物作为离子交换探针研究了Fe3O4@Na2Ti3O7纳米片的离子交换能力。结果显示制备的Fe3O4@Na2Ti3O7纳米片比单独的Na2Ti3O7纳米结构的Na+交换能力更灵敏。
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