三維孔狀結(jié)構(gòu)二氧化鈦基復(fù)合物的構(gòu)建及其性能研究.pdf

1、納米TiO2無毒、穩(wěn)定，是一種性能良好的光催化材料，在過去的一段時間里引起了研究者的廣泛關(guān)注。但是TiO2的帶隙較寬(銳鈦礦和金紅石分別是3.2eV和3.0eV)，只能被紫外光激發(fā)，極大地限制了其在環(huán)境凈化和催化方面的實際應(yīng)用。因此提高TiO2材料性能的一個目標(biāo)就是把TiO2的光響應(yīng)范圍從紫外光區(qū)拓展至可見光區(qū)，將在太陽能電池、光催化材料等領(lǐng)域發(fā)揮主要作用。
　　孔狀結(jié)構(gòu)材料常常被應(yīng)用于光催化材料中，特別是三維的反蛋白石結(jié)構(gòu)，這種

2、有序的網(wǎng)絡(luò)三維結(jié)構(gòu)不僅提供了電子空穴快速轉(zhuǎn)移的途徑，同時由于光子晶體具有的慢光子效應(yīng)提高了材料對于光路的散射過程，從而加強(qiáng)對于這些光的吸收強(qiáng)度。這樣的條件對于提高催化材料的光催化效果以及提高太陽能電池的光電流密度有很大的作用，將光子晶體反蛋白石結(jié)構(gòu)應(yīng)用于能源催化行業(yè)是一種很流行的趨勢。同時將材料制備成孔狀結(jié)構(gòu)也能很好的改善鋰離子電池材料的膨脹問題。本論文通過利用摻雜改性以及敏化等化學(xué)方法以及改變材料形貌結(jié)構(gòu)的物理方法制備了改性的三維二氧

3、化鈦反蛋白石結(jié)構(gòu)以及孔狀改性的二氧化鈦鋰離子電池負(fù)極材料。在性能上都取得了一定的提高。論文主要研究結(jié)果如下:
　　1.利用垂直沉降的方法制備了高度有序的PS球光子晶體。并以此為模板成功的通過一步法制備了CuO-TiO2三維多孔的反蛋白石結(jié)構(gòu)的光電薄膜材料。紫外可見吸收光譜測定表明CuO-TiO2的光響應(yīng)范圍紅移至可見光區(qū)相比較于TiO2有了很大地拓寬，有效地解決了TiO2很窄的光響應(yīng)范圍問題。另外由于三維光子晶體結(jié)構(gòu)所具備的慢光子

4、效應(yīng)以及光路在其中發(fā)生的多重散射的性質(zhì)，有效地提高了光生電子的傳播速率。對于光催化和光電流的性能提升起到了很好的作用。結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料復(fù)合的共同作用效果使CuO-TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)在模擬太陽光照射下的光催化降解亞甲基藍(lán)速率與光電流強(qiáng)度分別是TiO2 NPs的3.25和5.1倍。
　　2.把二氧化鈦制各成三維反蛋白石光子晶體結(jié)構(gòu)。首次利用八乙基卟啉鉑PtOEP作為敏化劑來敏化二氧化鈦光子晶體結(jié)構(gòu)。由于PtOEP在可見光區(qū)具備一定的吸

5、收能力。PtOEP/TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)的光響應(yīng)范圍紅移至可見光區(qū)，拓寬了TiO2的光響應(yīng)范圍。結(jié)構(gòu)優(yōu)化與敏化劑的共同作用效果使PtOEP/TiO2反蛋白石結(jié)構(gòu)在模擬太陽光照射下的光催化有機(jī)染料降解速率和光電流強(qiáng)度分別是TiO2納米粒子的3.95和5.9倍。表明我們所制備的材料在太陽能電池光催化制氫及環(huán)境凈化等方面有潛在的應(yīng)用價值。
　　3.對二氧化鈦納米材料進(jìn)行了多孔化處理，通過制備多孔的二氧化鈦材料，增大比表面積，提高二氧化鈦