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纳米TiO_2/MWCNTs复合体的合成与表征

张黎黎  
【摘要】: 本文通过聚合物包裹和层层自组装技术,合成出了多壁碳纳米管和β-环糊精复合体,并且分别利用溶胶-凝胶、光诱导、电泳沉积等方法制备出了纳米TiO2/MWCNTs复合体。利用XRD、Raman、SEM、TEM、AFM、13C NMR、TG-DSC等手段对所合成的样品进行了表征。实验结果表明:β-环糊精可以自组装在多壁碳纳米管上,使多壁碳纳米管管束解捆,形成均匀的纳米带状结构的多壁碳纳米管和β-环糊精复合体。该复合体在乙醇和水中都有很好的分散性,溶液在几个月内可以稳定存在。此外,β-环糊精具有很高的生物活性,因此,合成的多壁碳纳米管和β-环糊精复合体材料有望在生物及医药领域有较好的应用前景。在此工作的基础上,我们分别用三种方法合成了纳米TiO2/MWCNTs复合体。首先,利用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯为无机前驱体,β-环糊精为结构导向剂,低温合成出了金红石型纳米TiO2,并且发现加入酸修饰的多壁碳纳米管可以显著提高金红石型纳米TiO2的结晶度。所合成的金红石型纳米TiO2具有很强的紫外线吸收性能,有望在紫外线吸收剂等方面得到应用。第二,利用光诱导的方法,分别在紫外光和太阳光的作用下,用单分散的纳米TiO2粒子与MWCNTs-β-CD复合体组装得到线状TiO2-β-CD-MWCNTs微米一维结构,经Raman Mapping表征发现纳米TiO2和MWCNTs均匀分布于TiO2-β-CD-MWCNTs线中。第三,通过电泳沉积法使MWCNTs沉积到介孔TiO2薄膜上,从而形成了介孔TiO2/MWCNTs复合体材料,SEM结果表明,MWCNTs沉积到了介孔TiO2薄膜上。电化学测试结果表明,将MWCNTs沉积到介孔TiO2薄膜上可以显著提高电极的光电流响应,并且该复合体材料对光的响应范围拓展到了可见光区,提高了对太阳光的利用率,可以用作太阳能电池的光阳极材料。


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