Ti基TiO2納米結(jié)構(gòu)的水熱生長機理及光電化學性能研究.pdf

1、TiO2納米材料因為具有優(yōu)異的物理化學性能而在光催化降解有機污染物、光解水、太陽能電池、氣敏傳感器等方面展現(xiàn)了良好的應用潛力。鈦酸鈉被認為是很有前景的制備TiO2納米材料的前驅(qū)體材料，其在轉(zhuǎn)化成TiO2時可以通過拓撲變換而保持原有形貌。由于納米材料的應用性能與晶型、形貌等存在很大的聯(lián)系，所以對鈦酸鈉前驅(qū)體的形貌可控制備及生長機理的探討對于優(yōu)化TiO2的形貌及性能起到非常大的作用。
　　本文采用水熱法制備TiO2納米結(jié)構(gòu)，以Ti基底

2、作為鈦源，在NaOH溶液中進行水熱反應，得到TiO2的前驅(qū)體鈦酸鈉，其經(jīng)過酸化及煅燒處理之后得到TiO2納米結(jié)構(gòu)。本文將探討鈉鹽添加劑和有機溶劑對鈦酸鈉前驅(qū)體生長的影響及可能的生長機理，并且對鈦酸鈉前驅(qū)體煅燒之后得到的TiO2納米結(jié)構(gòu)進行光電化學性能比較。
　　本論文的主要實驗內(nèi)容及結(jié)論分為以下三個部分：
　?、偬接懹袡C溶劑對 Ti基鈦酸鈉生長的影響。以金屬 Ti基底作為鈦源，在NaOH溶液中采用水熱法制備鈦酸鈉，通過純水混

3、合不同比例的有機溶劑來研究鈦酸鈉的生長機理。實驗表明，在 NaOH純水溶液中水熱反應得到了鈦酸鈉納米管結(jié)構(gòu)，長度達到微米級，具有較厚管壁(8-10 nm)，管壁非對稱。有機溶劑乙二醇會使鈦酸鈉納米管團聚在一起形成三維網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)，而乙醇有利于納米片的形成。這主要是由于有機溶劑蒸汽壓及極性的不同，溶液蒸汽壓大、極性小有利于鈦酸鈉納米片的生成。
　?、谔接戔c鹽添加劑對Ti基鈦酸鈉生長的影響。同樣以金屬Ti基底作為鈦源，在 NaOH水溶液

4、中采用水熱法制備鈦酸鈉，通過添加不同種類的鈉鹽來研究鈦酸鈉的生長機理。實驗表明NaCl的加入有利于鈦酸鈉納米片的生成，而NaF及NaBr的加入對納米片的生成作用較小，體系中仍然生成納米管結(jié)構(gòu)，這與不同陰離子的作用有關。實驗還發(fā)現(xiàn)鈉鹽加入到水-有機溶劑混合體系中時會降低體系蒸汽壓，有利于鈦酸鈉納米管的生成。
　?、蹖i基鈦酸鈉前驅(qū)體煅燒后形成的TiO2納米結(jié)構(gòu)進行光電化學性能測試。實驗發(fā)現(xiàn)幾種TiO2納米管的光電化學性能較接近，較

5、小的差異來自于納米管管徑的不同；加入 NaCl后所形成的 TiO2納米片具有比納米管更好的光電化學性能，這可能與不同暴露晶面有關；加入乙醇后所形成的TiO2納米片比納米管性能好的原因是納米片負載量比較多，真實表面積比較大；加入乙二醇后納米管性能最差，可能的原因為三維網(wǎng)絡狀結(jié)構(gòu)坍塌，導致樣品接收光照面積減少。
　　本論文的研究工作可以為形貌可控制備鈦酸鈉或TiO2納米材料提供方法手段參考，為進一步探討鈦酸鈉或TiO2納米材料的性能及