TiO2與CeO2納米材料的制備及其光催化-催化性能研究.pdf

1、本論文利用水熱法制備了 TiO2納米帶，并采用酸刻蝕、貴金屬沉積和復合半導體等手段對其進行改性；分別用水熱法和生物模板法合成了多種不同形貌的 CeO2納米結構，并對其生長機理、催化性質進行研究；設計了兩種TiO2與CeO2的復合結構，探索了各自的催化和光催化性能及其影響因素。具體研究內容如下：
　　1.首先利用水熱法合成了 TiO2納米帶，隨后利用硫酸對其表面進行了腐蝕處理，解釋了硫酸對H2Ti3O7納米帶的腐蝕機理；討論了硫酸濃

2、度和腐蝕溫度對TiO2納米帶形貌和性能的影響，結果表明，硫酸腐蝕的 TiO2納米帶表面會變粗糙，而過高的硫酸濃度和腐蝕溫度會嚴重破壞TiO2納米帶的帶狀結構；用硫酸對TiO2納米帶進行表面腐蝕能夠明顯地改善TiO2納米帶的光催化活性，而且用0.03 M硫酸在120°C下腐蝕得到的樣品具有最佳的光催化性能。為了進一步改善 TiO2納米帶的光催化活性，用其作為載體，在其表面分別負載了Au和Ag兩種貴金屬納米顆粒，由于載體能為貴金屬的成核和生

3、長提供均勻的活性位點，Au、Ag兩種納米顆粒在TiO2納米帶上的分布和尺寸都比較均勻；貴金屬納米顆粒在復合材料中作為電子捕獲體抑制了光生電子和空穴的復合，因此明顯地提高了TiO2納米帶材料的光催化性能，其中當TiO2與貴金屬的摩爾比為20:1時，復合材料的光催化活性達到最佳。另外，通過構建Ag2O/TiO2復合結構，提高了TiO2納米帶的光催化活性，同樣由于TiO2納米帶的載體作用，Ag2O納米顆粒在其表面具有良好的分散性；Ag2O/T

4、iO2復合材料的光催化活性較單獨的TiO2納米帶明顯提高，其中當Ag2O的含量為17％時活性最高。
　　2.制備了多種形貌的CeO2納米結構，利用水熱法制備了納米線、納米棒、納米六棱柱、納米立方體等，利用生物模板法制備了多孔納米片和納米珠鏈等，并探討了各種形貌CeO2的生長機理和催化性能；在水熱過程中，鈰源中陰離子對CeO2納米結構形貌表現出重要影響，其中Cl－和Ac－有利于促進形成一維納米結構，而NO3－存在時更容易形成CeO2

5、立方體；將水熱過程得到的CeO2納米結構用作催化劑進行CO氧化測試，結果表明，所有一維納米結構的催化活性都遠遠高于CeO2立方體，其中CeO2納米線表現出最佳的催化活性；從材料的比表面積、暴露晶面等方面解釋了材料形貌對于性能的影響機理。另外，在生物模板法中，采用蛋膜作模板，經過浸漬-煅燒過程，制備了CeO2納米結構，隨著煅燒溫度的升高，CeO2納米片逐漸轉變成CeO2納米珠鏈，且樣品的結晶性逐漸變好；CO催化氧化測試結果表明，600°C

6、下煅燒的CeO2納米片具有最優(yōu)的催化性質；利用同樣的方法在CeO2納米珠鏈上復合了NiO納米材料，不同的NiO含量對CeO2納米珠鏈的形貌表現出不同的影響，而且 NiO能夠有效地改善 CeO2納米珠鏈的CO催化氧化性能，且使復合材料性能最佳的NiO含量為10%；同樣對CeO2納米片進行了NiO復合，發(fā)現高溫下NiO對CeO2納米結構催化性能的改善作用更加明顯，文中討論了不同溫度下NiO影響CeO2材料催化性質的機理。
　　3.分別

7、以前面的TiO2納米帶和CeO2納米珠鏈作為載體，制備了CeO2-TiO2納米帶和TiO2-CeO2納米珠鏈兩種復合材料。對于 CeO2-TiO2納米帶，CeO2在 TiO2納米帶表面具有良好的分散性和均勻的尺寸；CeO2的負載并未改善TiO2納米帶的光催化活性，然而CeO2-TiO2納米帶復合材料表現出一定的CO催化氧化活性；對于TiO2-CeO2納米珠鏈，由于TiO2含量較低，其衍射峰并不能被XRD檢測到，但是通過EDX能譜與元素面