收藏本站
《陕西科技大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

掺杂纳米二氧化钛的形貌控制与性能研究

何作利  
【摘要】:二氧化钛纳米材料被普遍认为具有优异的光催化活性,是良好的光催化材料,它能将环境中存在的微量有机物降解为无污染的无机物,同时它的高的比表面积、安全、性能稳定、无毒副作用、无二次污染、成本低廉和优异的电子传输行为这些优异的特征,使得二氧化钛具有了广泛的应用前景,也引起了研究学者的广泛关注。但是,纳米TiO_2(禁带宽度约为3.2eV)必须在紫外光下才能表现为良好的催化性能,而紫外光在太阳光中占得比例很小(约5%),因而限制了它的应用。因此必须通过对其进行改性来提高其在可见光区的光催化活性。本文中主要对在TiO_2球形前驱体的基础上进行非金属元素与稀土元素的掺杂改性,以求通过控制掺杂元素的掺杂量来控制其形貌、改变TiO_2的晶体结构以降低光生电子和空穴的复合,从而提高纳米TiO_2光催化剂的光催化活性。 本文通过以钛酸丁酯(TBT)为主要原料,采用盐溶液辅助的溶胶-凝胶法(Sol-gel),成功制备出了无定型纳米二氧化钛微球。以此微球为前驱体原料,通过微波水热法进行了F、N掺杂和Fe~(3+)的掺杂研究。实验得到具有规则形貌,高的结晶度以及高比表面积的二氧化钛纳米粒子,并采用甲基橙(Methyl Orange,MO)、亚甲基蓝(Methyl Blue,MB)等模拟有机污染物对其光催化活性进行了研究。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、JSM3010型透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy,TEM)、X射线衍射仪(X-ray Diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)、N_2吸附脱附(Nitrogen absorption-desorption)、傅里叶转换红外光谱(Fourier Transform Infrared Reflectance Spectroscopy,FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(Diffuse Reflectance Ultraviolet–visible Spectroscopy,UV-vis)、光致发光光谱(Photoluminescence Spectrospcopy,PL)等表征方法系统分析了二氧化钛的结构,进一步探讨了二氧化钛的结晶度、比表面积、元素组成以及掺杂量等因素对光催化活性的影响。另外,对二氧化钛纳米材料进行金属元素掺杂改性,以提高二氧化钛纳米材料在可见光区域的光催化活性。文中分别讨论了棒状组装微球、空心微球、及羽毛状Fe_2O_3/TiO_2纳米粉体的制备与表征,并结合TEM、SEM对生长过程进行了初步探讨。 结果表明:(1)采用溶胶-微波水热法使TiO_2前驱体微球表面形成自组装介孔结构,得到F掺杂的介孔TiO_2微球。结果表明:微球的直径约为400 nm,由于NaF的加入,纳米晶粒(12±0.5 nm)和介孔(≈10 nm)的形成使粗糙度明显增强;F的掺杂没有引起新的萤光现象,但F的掺杂能够增加TiO_2微球PL光谱的强度。另外,F掺杂后光催化性能明显提高,当摩尔比NaF:TiO_2=2:5时,所得样品光催化活性最高。(2)两步无模板法成功制备了TiO_2空心微球,其具有明显的空心结构,表面壳层存在大量的纳米晶因而具有高的比表面积。根据实验结果对形成机理进行了初步分析,并对其进行了光催化活性测试。可以证明具有高的比表面积的样品具有高的催化活性。(3)通过微波水热法制备了N掺杂的介孔TiO_2微球,其比表面积均大于90 m~2/g,而且孔径尺寸可控。氨水加入起到了N源和结构导向剂的作用,结果表明:掺杂的N元素以NH_x或NO_x的形式吸附在微球表面改变了微球表面的电子结构。当样品具有有序化结构,高的比表面积及高的结晶度时样品具有高的催化活性。(4)通过水热法成功对TiO_2粉体进行了Fe~(3+)掺杂,得到Fe_2O_3/ TiO_2羽毛状纳米复合材料。采用SEM、XRD、IR和UV-Vis等技术对其形貌、组织结构与表面结构及其光谱响应特性等进行了表征。结果表明所得羽毛状粉体存在锐钛矿和板钛矿两种晶型,Fe~(3+)可能被均匀分散于TiO_2的晶体结构中;Fe~(3+)的掺入使TiO_2粉体的起始吸收带边发生了明显地红移,并进入可见光区,同时对光的吸收强度也随之而增强。
【学位授予单位】:陕西科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 胡永茂,杨爱明,项金钟,李茂琼,方静华,张学清,吴兴惠;超细TiO_2粒子的红外吸收[J];红外技术;2003年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 张孔;刘庆峰;刘茜;;红外辐射多相复合粉体常温发射率的提高及波段宽化[J];高等学校化学学报;2011年11期
2 刘建树;陈东;王鹏;唐芳琼;毋伟;;单分散PSMMA@ZrO_2核壳胶体颗粒及ZrO_2中空颗粒的制备与表征[J];功能材料;2007年09期
3 关明云,张静,孙益民,宇海银;单分散氧化锌纳米粒子的制备及表征[J];合成化学;2003年06期
4 向礼琴;尹剑波;高文帅;赵晓鹏;;准单分散球形二氧化钛颗粒的可控制备研究[J];无机材料学报;2007年02期
5 王鹏;陈东;刘建树;唐芳琼;;单分散TiO_2亚微米球的制备与表征[J];物理化学学报;2006年03期
6 胡永茂,项金钟,杨爱明,张学清,李汝恒,吴兴惠;红外光谱仪在红外电磁波吸收材料研究中的应用[J];物理实验;2005年03期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 万涛;二氧化钛—聚丙烯酸酯有机—无机杂化材料的研究[D];四川大学;2006年
2 姚恩亲;改性纳米TiO_2的研究及在光催化处理矿井水中的应用[D];安徽理工大学;2008年
3 王兴雪;二氧化钛光催化性能研究及纳米复合材料的制备[D];复旦大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 孟祥东;钛基光催化剂的低温合成及其光催化性能的研究[D];淮北师范大学;2010年
2 关明云;纳米粒子的制备、表面修饰及PVC、纤维素的改性[D];安徽师范大学;2004年
3 李校远;片状铝粉和金属氧化物复合粒子的制备研究[D];南京理工大学;2004年
4 刘建树;光子晶体材料的制备及其应用[D];北京化工大学;2007年
5 高兰;悬浮粒子表面极性基团和粒径对电流变性能影响[D];武汉理工大学;2009年
6 赵永恒;无机功能材料的红外光学性能研究[D];上海师范大学;2009年
7 王小宇;纳米氧化镁的制备及其红外吸收性能研究[D];东北大学 ;2009年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 袁笑一,周勤;纳米二氧化钛在水中的环境行为[J];广东工业大学学报;2005年03期
2 赵洁;邱克辉;董宏伟;;锐钛型纳米TiO_2光催化降解与环保应用研究进展[J];中国非金属矿工业导刊;2006年04期
3 黄涛;张国亮;张辉;许伟;蒋华兵;;高性能纳米二氧化钛制备技术研究进展[J];化工进展;2010年03期
4 施踏青,梁沛,李静,卢汉兵;纳米二氧化钛分离富集ICP-AES测定镉、钴、锌的研究[J];光谱学与光谱分析;2005年03期
5 朱融融,汪世龙,姚思德;纳米二氧化钛的生物学效应[J];生命的化学;2005年04期
6 周慧,陶杰;聚苯胺/纳米TiO_2复合粒子的制备[J];云南大学学报(自然科学版);2005年S1期
7 于凯;关淑霞;;溶胶—凝胶法制备纳米二氧化钛降解甲醛废水的研究[J];高师理科学刊;2006年03期
8 樊玉川;李芬芳;龙海云;陶琦;;纳米二氧化钛的水热法制备及其应用研究进展[J];湖南有色金属;2006年05期
9 周小菊;张嫦;刘东;吴莉莉;;聚乙二醇对纳米二氧化钛性质和应用的影响[J];化学研究与应用;2007年09期
10 孙景章;王丽亚;;纳米TiO_2固相萃取原子吸收光谱法测定工业废水中铅与镉[J];中国环境监测;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨毅;王声燕;孙丙诚;周先国;;纳米二氧化钛粉尘湿法采集与浓度测定研究[A];第十届全国气溶胶会议暨第六届海峡两岸气溶胶技术研讨会摘要集[C];2009年
2 陈建峰;邵磊;张春光;初广文;陈建铭;;超重力法制备纳米二氧化钛的研究[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
3 张辉;廉聪良;陶艳;;纳米二氧化钛清洁除味剂的研制[A];第27届[2007]中国洗涤用品行业年会论文集[C];2007年
4 李剑飞;刘黎萍;孙立军;;纳米二氧化钛对汽车尾气中含碳化合物分解研究初探[A];二氧化碳减排控制技术与资源化利用研讨会论文集[C];2009年
5 王慧婷;胡彦杰;王云;张玲;李春忠;;气相燃烧合成纳米二氧化钛水性分散体系的研究[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(上)[C];2008年
6 郑娇;杨垚;朱瑶琼;胡朝霞;陈守文;杨毅;;纳米二氧化钛生产现场空气中纳米粉尘的控制研究[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
7 方婧;温蓓;单孝全;;纳米二氧化钛在饱和土柱中的运移及其对土壤中铜迁移的影响[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
8 柯贵珍;徐双林;;纳米二氧化钛用于涤纶纤维的抗静电整理[A];雪莲杯第10届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2010年
9 赵燕禹;李勇;商连弟;王惠惠;元应仙;;常压水解法纳米二氧化钛的制备、表征及应用[A];第六届海峡两岸超微颗粒学术研讨会论文集[C];2009年
10 郭永锦;程辉;李秀容;赵伟;;硅烷化纳米二氧化钛对丙烯酸树脂机械性能的研究[A];第六次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 北京化工大学 徐瑞芬 许秀艳;纳米二氧化钛功能神奇用途广[N];中国化工报;2002年
2 唐诗全;攀钢钢研院创建国内最先进的纳米二氧化钛生产基地[N];世界金属导报;2002年
3 杨泰;纳米二氧化钛制备技术研制成功[N];中国有色金属报;2004年
4 唐诗全;“纳米二氧化钛应用技术开发”取得阶段成果[N];世界金属导报;2003年
5 ;攀钢川大“纳米二氧化钛应用技术开发”取得阶段成果[N];中国有色金属报;2003年
6 文非;西藏开发成功纳米二氧化钛[N];中国化工报;2003年
7 ;西藏开发成功纳米二氧化钛[N];今日信息报;2003年
8 王颢;新型亲疏水可转换材料问世[N];中国化工报;2009年
9 彦骅;“自我清洁玻璃”[N];云南经济日报;2000年
10 ;制备锐钛矿型纳米二氧化钛溶胶的装置[N];中国有色金属报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张建;界面扩散受限条件下晶体生长形态学研究[D];中国科学技术大学;2012年
2 王文寿;无模板法合成无机空心微球及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 邵玮;纳米二氧化钛光阳极材料控制合成及光电化学性能[D];华东理工大学;2011年
4 胡绍争;纳米二氧化钛的合成,改性及光催化性能研究[D];大连理工大学;2010年
5 王爱萍;改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
6 纳维德;[D];华中科技大学;2012年
7 刘升卫;新型光催化纳米材料的分等级组装、改性及其活性[D];武汉理工大学;2009年
8 黄扬风;纳米硫化物和氧化物的湿化学合成与形貌控制研究[D];湖南大学;2008年
9 刘玮洁;TiO_2基有序球/孔微纳结构的制备及光催化性能研究[D];吉林大学;2010年
10 段连峰;溶剂热法合成不同形貌金属钴及磁性能研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吕序强;由工业废液制备纳米二氧化钛[D];大连理工大学;2010年
2 李晓林;锐钛矿型纳米二氧化钛颗粒生物学效应的研究[D];第二军医大学;2011年
3 武鹏;纳米二氧化钛改性聚苯乙烯的研究[D];河北理工大学;2010年
4 赵振环;纳米二氧化钛颗粒稳定的反应型造纸施胶剂Pickering乳状液[D];山东轻工业学院;2011年
5 安青珍;纳米二氧化钛的制备、改性及光催化性能研究[D];河北大学;2011年
6 刘姗;纳米二氧化钛/水性聚氨酯复合材料的制备及其表征[D];中国科学技术大学;2011年
7 吴金玲;火焰CVD法制备氮掺杂纳米二氧化钛及其光催化和电化学性能研究[D];上海师范大学;2011年
8 何作利;掺杂纳米二氧化钛的形貌控制与性能研究[D];陕西科技大学;2011年
9 王传彩;纳米二氧化钛的制备及其性质研究[D];曲阜师范大学;2010年
10 曹恒明;基于纳米二氧化钛的表面引发原子转移自由基聚合(ATRP)技术[D];合肥工业大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026