二氧化鈦納米異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)便可控合成和性能研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)作為一種半導(dǎo)體材料以其低成本、耐腐蝕、良好的穩(wěn)定性以及獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)在眾多的半導(dǎo)體氧化物中脫穎而出，在催化、光電轉(zhuǎn)換、涂料、氣敏、藥物釋放等領(lǐng)域顯示出重要的應(yīng)用價(jià)值，成為研究熱點(diǎn)。但是TiO2禁帶較寬，量子產(chǎn)率低，這些特性嚴(yán)重的阻礙了TiO2進(jìn)一步的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)用不同能帶隙的半導(dǎo)體材料與TiO2半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是提高TiO2光化學(xué)性能的重要手段，利用不同半導(dǎo)體復(fù)合TiO2可提高其光生載流子的

2、分離，拓展其光譜響應(yīng)的區(qū)域以達(dá)到提高催化劑活性，以及提高其利用太陽(yáng)能效率的目的。另一方面，對(duì)TiO2的細(xì)胞毒性，即其生物相容性目前有不同的報(bào)道，這對(duì)納米TiO2的工業(yè)化生產(chǎn)可能引起環(huán)境安全性存在疑慮，而且關(guān)于納米TiO2異質(zhì)結(jié)的細(xì)胞毒性也鮮有報(bào)告。因此本論文基于最新的研究成果，首先合成了TiO2量子點(diǎn)，對(duì)其生物相容性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，接著通過(guò)簡(jiǎn)便的合成方法對(duì)TiO2進(jìn)行多種金屬硫化物摻雜雜化，形成納米異質(zhì)結(jié)來(lái)達(dá)到修飾TiO2的目的。對(duì)合成產(chǎn)物

3、首先進(jìn)行X射線(xiàn)粉末衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、透射電鏡(TEM)、X射線(xiàn)光電子能譜分析(XPS)、N2吸附-脫附、熱重-差熱分析(TG-DSC)、紫外可見(jiàn)吸收（Uv-vis）以及熒光等表征測(cè)試，并對(duì)它們進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用方面的性能測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)可控合成了銳鈦礦型TiO2量子點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)表征和光催化性能及其生物學(xué)性能測(cè)試。首先采用溶膠-凝膠方法可控合成其前驅(qū)體，再利用程序升溫可控合成

4、銳鈦礦型TiO2量子點(diǎn)。結(jié)果顯示，其晶型為銳鈦礦型，粒子尺寸為8.7 nm左右，在紫外區(qū)對(duì)光有強(qiáng)吸收。同時(shí)也研究了其光催化性能和細(xì)胞毒性:TiO2量子點(diǎn)對(duì)羅丹明B（RhB，10 mg/mL）90 min基本降解完全、對(duì)甲基橙（MO，10 mg/mL）50 min基本降解完全，對(duì)亞甲基藍(lán)（MB，20 mg/mL）80 min基本降解完全，且對(duì)人宮頸癌細(xì)胞(Hela)和肝細(xì)胞(3A)細(xì)胞具有較好的生物相容性。
　　(2)可控合成了Ti

5、O2-CdS異質(zhì)結(jié)并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)表征和光催化、生物學(xué)性能研究。首先采用溶膠-凝膠方法可控合成其前驅(qū)體，再利用程序升溫可控合成TiO2-CdS復(fù)合物。結(jié)果顯示，TiO2-CdS復(fù)合物中TiO2為銳鈦礦型，CdS為硫鎘礦型，形貌為1μm左右的具有介孔結(jié)構(gòu)的微球，平均孔徑為12nm，比表面積為60.79 m2/g,吸光區(qū)域由紫外區(qū)拓展到可見(jiàn)光區(qū)，且吸光強(qiáng)度變大。同時(shí)也研究了其光催化性能和蛋白檢測(cè)性能。結(jié)果表明，對(duì)RhB具有很好的光催化作用，5

6、0 min RhB基本降解完全，相對(duì)于純TiO2具有較好的光催化性能;MTT測(cè)試結(jié)果表明，合成的樣品具有很好的生物相容性，而且可以選擇性檢測(cè)胰蛋白酶(Trypsin)。
　　(3)可控合成了TiO2-Ag2S異質(zhì)結(jié)并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)表征、光催化性能測(cè)試和生物學(xué)性能測(cè)試。首先采用溶膠-凝膠方法可控合成其前驅(qū)體，再利用程序升溫可控合成TiO2-Ag2S復(fù)合物。結(jié)果顯示，TiO2-Ag2S中TiO2晶型為銳鈦礦型， Ag2S屬于螺狀硫銀礦晶

7、體，粒子尺寸為6 nm左右，吸光區(qū)域由紫外區(qū)拓展到可見(jiàn)光區(qū)。同時(shí)也研究了其光催化性能，100 min對(duì)RhB基本降解完全，對(duì)剛果紅(CR，20 mg/mL)降解率達(dá)到90％，對(duì)MB降解率達(dá)到61％，表現(xiàn)出一定的光催化性能，同時(shí)MTT測(cè)試結(jié)果顯示具有生物相容性。
　　(4)可控合成了TiO2-CuS異質(zhì)結(jié)并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)表征、光催化性能測(cè)試和生物學(xué)性能測(cè)試。首先采用溶膠-凝膠方法可控合成其前驅(qū)體，再利用程序升溫可控合成TiO2-CuS