收藏本站
收藏 | 论文排版

二氧化钛纳米晶的溶胶法低温制备机理及其掺杂研究

李红  
【摘要】:纳米TiO_2无毒、光化学性质稳定、氧化能力强,具有很高的光催化活性。紫外光甚至可见光照射下可以降解绝大多数环境污染物,还具有广谱灭菌性。在环境净化方面具有广阔的应用前景。本工作对溶胶体系中TiO_2纳米晶的制备和掺杂进行了研究,旨在揭示溶胶体系中TiO_2纳米晶的低温制备机理,并通过掺杂拓宽其光响应范围,提高其光催化活性。 本文首先介绍了TiO_2的结构特点和光催化机理,总结了TiO_2纳米材料的研究进展。在此基础上,展开了TiO_2基纳米晶的溶胶法低温制备的研究。用大水溶胶体系制备了TiO_2纳米晶、钒掺杂TiO_2纳米晶、Ag纳米颗粒/TiO_2纳米晶和TiO_2基纳米晶薄膜。用X-Ray衍射(XRD),透射电镜(TEM),红外光谱(IR),X射线光电子能谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM),X射线色散能谱(EDS),紫外-可见吸收光谱等分析手段研究了TiO_2基纳米晶的结晶行为、微观结构、光学性能和光催化性能。主要研究内容和结果如下。 以钛酸丁酯为钛源,采用大水体系的溶胶法在室温下制备得到了TiO_2纳米晶,确定形成TiO_2纳米晶的参数范围为水与钛酸丁酯的摩尔比≥40,pH≤3。该纳米晶由锐钛矿和板钛矿两相组成,晶粒尺寸为5-6纳米,尺寸分布均匀。对制备机理的研究表明,钛酸丁酯的水解反应足够快而彻底的进行,是低温下制得TiO_2纳米晶的关键。此时,水解产物全部由无机物Ti-O-Ti或Ti-OH组成,这些无机产物通过后续的缩聚形成相互连接的[TiO_6]八面体,最终形成有序的晶体结构。对得到的TiO_2纳米晶的光催化性能的研究结果表明,其光催化活性高于商用P25(Degussa)TiO_2。 以乙酰丙酮氧钒为钒源,采用溶胶法在室温下制备得到了钒掺杂TiO_2纳米晶。与室温制备的纯TiO_2纳米晶相比,制备钒掺杂TiO_2纳米晶所需水量更多(水与钛酸丁酯的摩尔比≥200)。同时,体系pH的变化对掺钒TiO_2结晶行为的影响更大。得到的钒掺杂TiO_2是O八面体空隙中的Ti离子被V离子取代所形成的Ti_(1-x)V_xO_2固溶体。结晶度随钒含量的增加而减弱,晶粒尺寸随着钒含量的增加不断变小。对制备机理的研究表明,乙酰丙酮氧钒分子分解的VO~(2+)以[VO(H_2O)_(5-x)(OH)_x]~((2-x)+)水合离子存在,陈化过程中,这些水合离子通过缩聚反应转化成为[VO_6]准八面体。[VO_6]准八面体和[TiO_6]八面体通过共角顶和共边连接在一起,最终形成有序的晶体结构。钒掺杂TiO_2的带隙比纯TiO_2窄。在日光照射下的光降解实验结果表明,室温下得到的钒掺杂TiO_2纳米晶能响应可见光,是利用日光降解甲基橙等有机物的良好光催化剂。 以硝酸银为银源,采用溶胶法在室温下制备得到了Ag纳米颗粒/TiO_2纳米晶复合材料。DEA的加入是得到银单质纳米颗粒的关键,其加入次序对TiO_2的结晶行为有很大影响。复合材料由TiO_2的锐钛矿、板钛矿和银单质三相组成。复合材料中TiO_2晶体粒径几乎不变,约为5-6纳米。银单质晶粒尺寸约为6纳米。但样品中的银晶粒存在团聚现象。随着银含量的增加,团聚更加严重,银颗粒变大,尺寸分布变宽。得到的Ag纳米颗粒/TiO_2纳米晶复合材料的光催化活性均比纯TiO_2的高。 对低温下TiO_2、钒掺杂TiO_2纳米晶和Ag纳米颗粒/TiO_2纳米晶薄膜化的初步研究结果表明,将含纳米晶的溶胶用旋涂法涂覆在载玻片上,经约150℃处理,可以得到附着良好的TiO_2基薄膜。这些膜中均存在TiO_2晶体,但结晶度较弱。同时,Ag/TiO_2薄膜中还存在银单质。TiO_2,钒掺杂TiO_2,Ag/TiO_2纳米晶薄膜在紫外和日光下的光催化性能研究结果表明,三者的光催化活性顺序为钒掺杂TiO_2薄膜>Ag/TiO_2薄膜>TiO_2薄膜。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孙笠,宋启洪,胡壮麒;纳米晶Cu_30Al_70合金的形成及其催化活性[J];金属学报;1995年20期
2 阮圣平,刘永刚,马骥,乌日娜,刘永军,宣丽;纳米晶钛酸锶的复阻抗特性研究[J];绝缘材料;2003年03期
3 陈治光;我国非晶、纳米晶材料技术获重大突破[J];科技潮;2005年04期
4 刘勇,罗义辉,魏子栋;脉冲电镀的研究现状[J];电镀与精饰;2005年05期
5 曹奇志;欧阳义芳;钟夏平;杜勇;贺跃辉;;机械合金化制备纳米晶Al_(65)Fe_(25)Ni_(10)合金粉[J];稀有金属材料与工程;2006年12期
6 周国荣;张国玲;王致明;滕新营;陈广立;耿浩然;;Cu-Ti-Fe大块非晶合金铸态组织的研究[J];特种铸造及有色合金;2009年10期
7 ;一种纳米晶复合NdFeB永磁合金及其制备方法[J];现代化工;2009年S1期
8 季俊红;季生福;杨伟;李成岳;;磁性Fe_3O_4纳米晶制备及应用[J];化学进展;2010年08期
9 冯志强;葛如;陈起静;秦连杰;;NaYF_4:Er~(3+)和NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)上转换荧光纳米晶的制备与表征[J];材料导报;2010年S1期
10 曹奇志;欧阳义芳;张晶;李建映;;机械合金化制备纳米Al_(70)Fe_(25)Ni_5合金[J];广西师范学院学报(自然科学版);2010年04期
11 杨桦,宋利珠,吴凤清,赵慕愚,王建平,罗河烈;锂铁氧体纳米晶的磁性能研究[J];功能材料;1994年03期
12 ;纳米晶材料发展趋势[J];金属功能材料;1995年01期
13 张湘义,郑炀曾,张雄关;退火Fe_(73.5)Cu_1Mo_3Si_(14.5)B_8合金中α-Fe(S[J];金属功能材料;1995年Z1期
14 刘源,秦永宁,韩森;纳米晶LaMnO_3及La_(1-x)Sr_xMnO_3的合成及其催化氧化性能[J];催化学报;1998年02期
15 傅宏刚,王旭,丁志立,于海涛,强亮生,张新,徐蔚青,赵冰;钛酸铅镧Pb_(1-x)La_xTi_(1-x/4)O_3纳米晶的拉曼光谱研究[J];光散射学报;1999年02期
16 刘秋香,胡增顺,王金斌,杨国伟;脉冲激光诱导固-液界面反应法合成亚稳相纳米晶[J];材料导报;1999年01期
17 阮圣平,董玮,吴凤清,王兢,张歆东,赵慕愚;高介电常数TiO_2纳米晶的表面态研究[J];高等学校化学学报;2004年03期
18 鲁成祝,张琳,刘春棠;ZnO纳米晶的发光性质[J];光电子技术;2004年02期
19 刘艳梅,步绍静,靳正国,刘晓新;纳米晶TiO_2多孔薄膜的研究进展[J];硅酸盐通报;2004年04期
20 王立平,高燕,薛群基,刘惠文,徐洮;晶粒尺寸对纳米晶钴摩擦磨损性能的影响[J];表面技术;2005年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘海波;李雪梅;徐宝琨;李熙;赵慕愚;;纳米晶α—Fe_2O_3材料气敏性质的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
2 杨柏;;功能性聚合物与纳米晶杂化材料的制备和性能优化[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 王秋萍;蔡超;张昭;;纳米晶FeCoNi软磁薄膜的制备及其耐蚀性能的研究[A];2008年全国腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文摘要集[C];2008年
4 沈嘉年;宋江江;李凌峰;;电化学阳极氧化生长纳米晶光催化TiO_2薄膜[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
5 王淑芬;顾锋;吕孟凯;;不同离子激活的ZrO_2纳米粉发光性质的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
6 ;纳米晶稀土贮氢合金的制备[A];广东省材料研究学会部分单位会员成果汇编[C];2005年
7 杨萍;吕孟凯;许东;袁多荣;宋春风;潘梅;刘久荣;;过渡金属离子和稀土金属离子共掺的ZnS纳米晶光致发光特性的研究[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
8 宋国利;方香云;苏春艳;;退火温度对ZnO:Er~(3+)纳米晶发光性质的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
9 郑敏;吴佳卿;许乐;殷骏;;氮掺杂ZnO纳米晶表面改性及其抗菌性、紫外防护性研究[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年
10 李军;纪小慧;洪霞;王连英;贾若昆;菅文平;白玉白;;基于纳米晶特性的免疫检测研究[A];2003年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李红;二氧化钛纳米晶的溶胶法低温制备机理及其掺杂研究[D];浙江大学;2009年
2 单桂晔;荧光纳米晶的制备及其在免疫学中应用的初步研究[D];吉林大学;2004年
3 马玉丹;利用寡聚DNA构建纳米晶有序结构[D];吉林大学;2008年
4 纪小会;胶体纳米晶的水相合成与室温表面配体化学[D];吉林大学;2007年
5 胡海龙;Si基纳米晶阵列的制备及特性研究[D];兰州大学;2006年
6 郑金桔;过渡金属(Mn、Cu)掺杂纳米晶的制备和光电子性质研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
7 赵军伟;稀土掺杂NaYF_4上转换发光纳米晶的水相合成、表征及其生物应用探索[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
8 戴全钦;CdSe等半导体纳米晶的合成及性质研究[D];吉林大学;2007年
9 张代生;上转换微纳米晶@TiO_2核/壳结构红外光催化材料的制备和表征[D];吉林大学;2011年
10 孙海珠;纳米晶/聚合物复合光电功能材料的制备及其性质研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周冰晶;模板剂对掺镧介孔纳米晶TiO_2微结构的影响[D];燕山大学;2010年
2 余方丹;木质素基两性表面活性剂对ZnO纳米晶控制制备[D];东北林业大学;2011年
3 温合静;基于钨酸基无机—有机层状混杂结构的钨系微纳米晶材料的制备与表征[D];郑州大学;2010年
4 孔伟;单分散Ag和TiO_2纳米晶的合成及自组装特性研究[D];浙江大学;2011年
5 祝艳;纳米晶PbSe与SnSe的制备、表征及性能研究[D];南京理工大学;2004年
6 赵新美;氟化钡微纳米晶的DNA辅助合成与表征[D];燕山大学;2011年
7 孙泓;Nd-Fe-B/α-Fe两相纳米晶复合交换永磁薄膜结构和磁性研究[D];广东工业大学;2003年
8 宗建娟;胶溶法制备TiO_2纳米晶溶胶及其应用研究[D];浙江大学;2010年
9 陶为华;ZrO_2-8 mol%RE_2O_3(RE=Y,Dy)纳米晶的碱性水热法合成及其烧结体的电性能研究[D];苏州大学;2003年
10 庞新玲;Er~(3+),Tm~(3+),Yb~(3+)掺杂碱土锡酸盐化合物纳米晶的上转换发光性能研究[D];河南大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 于洋 记者 李泳沩;无机纳米晶研究获新成果[N];吉林日报;2010年
2 记者任福海;我国已能制备无机纳米晶[N];中国技术市场报;2010年
3 ;纳米晶陶瓷快速成型设备研制成功[N];今日信息报;2004年
4 田学科;以色列用DNA装配纳米晶体管[N];科技日报;2004年
5 李扬 刘洋;我国“非晶、纳米晶”技术跨入世界先进行列[N];中国质量报;2005年
6 记者 吕贤如;我国非晶、纳米晶材料技术获重大突破[N];光明日报;2005年
7 郝钢;纳米材料:使世界更奇异[N];中国有色金属报;2005年
8 冯晓彤;两化工成果入选基础研究十大新闻[N];中国化工报;2008年
9 孟惠民;高催化活性纳米晶贵金属氧化物涂层不溶性电极[N];中国高新技术产业导报;2002年
10 ;纳米材料:有你世界更奇异[N];科技日报;2005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
  • 010-62982499
  • 010-62783978