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题目:锐钛矿TiO2纳米片及其组装超结构的可控制备和光催化性质

关键词:TiO2纳米结构,溶剂热法,生长机理,光催化性能

  摘要


本文采用溶剂热法制备出TiO2纳米片自组装的花状结构、不同尺寸的纳米片状结构。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪和红外光谱对产物的形貌和结构进行了表征。研究了络合剂和溶剂在不同形貌TiO2纳米结构的形成中的作用,提出了可能的生长机理。研究了不同形貌TiO2的成核、生长、组装过程,提出了相关的生长模式和组装机理。在此基础上,探讨了TiO2纳米结构的形貌、尺寸与光催化特性的关系。
(1) Anatase-TiO2纳米片自组装的花状结构的制备、生长机理与光催化特性:本文通过钛酸丁酯-HF-H2O在异丙醇溶剂中,180 ℃下溶剂热反应12 h制备出TiO2纳米片自组装的花状结构。所制备的TiO2的花状结构由四方相锐钛矿结构的TiO2纳米片组装而成,其直径约为1.70-2.20 μm,组成花状结构的纳米片的长度为1.04-1.20 μm,宽度和厚度分别为0.83-0.85 μm和0.08-0.12 μm。通过其他醇类替换异丙醇和不加HF的体系,研究了异丙醇和HF在Anatase-TiO2纳米片的形成和组装成花状结构过程中的作用,提出了可能的生长机理。对产物的光催化性能进行了研究,结果表明TiO2纳米片自组装的花状结构比商业二氧化钛对甲基橙染料的光催化效果高,其催化过程为准一级反应。
 (2) 不同尺寸的锐钛矿型TiO2纳米片可控制备、生长机制及光催化特性:通过异丙醇-钛酸丁酯-HF-H2O的溶剂热体系在200 ℃下保温12 h制备得到了TiO2 正方形纳米片状结构。通过改变钛酸丁酯用量和反应时间实现边长为100、55、25nm,厚度为10、8、5nm的纳米片的可控合成。通过对溶剂和HF的研究,认为异丙醇和HF在纳米片形成过程中起到协同作用,并提出了可能的生长机理。考察了不同条件下制备的TiO2纳米片降解甲基橙染料的催化性能,结果表明:随着TiO2纳米片尺寸的减小其光催化活性逐渐增强,同时,反应时间为1.0 h所得的TiO2纳米片的光催化性能比以上条件所得的纳米片光催化性能都好。结果表明:所得产物的尺寸小, 其比表面积较大,吸附染料能力强,降解基团的能力强,光催化效果最好。