功能化納米二氧化鈦多孔材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、納米TiO2是一種重要的無機(jī)功能材料,在染料敏化太陽能電池、光催化降解有機(jī)物、氣敏傳感器及光解水制氫等方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。納米TiO2多孔材料因其具有大比表面積、高的表面活性及靈敏性等獨(dú)特結(jié)構(gòu)及優(yōu)異性能,受到了科技界的廣泛關(guān)注。因此對納米TiO2多孔材料的制備及應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)研究具有十分重要的意義。本研究主要內(nèi)容包括：
　　 ⑴采用射頻磁控濺射法,以摻氟SnO2(FTO)導(dǎo)電玻璃為基底沉積純Ti膜,并將其作為陽極,在NH4F/

2、乙二醇溶液中進(jìn)行恒壓電化學(xué)陽極氧化,制得具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的混晶納米TiO2多孔膜。詳細(xì)探討了陽極氧化電壓、電解液濃度及pH值等對納米TiO2多孔膜表面形貌及光電轉(zhuǎn)化性能的影響。研究表明,在最佳制備工藝條件下,即NH4F/乙二醇電解液中NF4F濃度為0.5 wt％,pH為5.0,陽極氧化電壓為30 V時(shí),可制得三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)TiO2納米多孔膜,其連通性強(qiáng),孔隙率高,比表面積大,具有較強(qiáng)的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　 ⑵以純Ti片為陽極,在N

3、H4F/乙二醇電解液中進(jìn)行恒壓電化學(xué)陽極氧化制得納米TiO2多孔膜,采用二次陽極氧化對其形貌進(jìn)行改善,以Fe3+對其進(jìn)行摻雜改性,探討了微觀形貌及摻雜改性對材料光催化性能的影響。研究結(jié)果表明,二次陽極氧化后樣品的表面無覆蓋物,納米孔的有序性有所改善,孔徑分布均勻,表現(xiàn)出較強(qiáng)的光催化性能,光催化反應(yīng)150 min后,樣品對甲基橙降解率可達(dá)52.02％;Fe3+摻雜樣品因摻入的Fe3+屬于d軌道未充滿的可變價(jià)離子,既可以俘獲光生電子也可俘獲

4、光生空穴,加快了載流子的分離與傳輸,使Fe3+摻雜納米TiO2多孔膜表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能,光催化反應(yīng)150 min后,樣品對甲基橙降解率可達(dá)60.02％。
　　 ⑶以鈦酸四正丁酯(Ti(OC4H9)4)為鈦源,Gd(NO3)3為Gd源,多壁碳納米管為模板,尿素為沉淀劑,可溶性淀粉為阻聚劑,采用模板法輔助均勻沉淀法自組裝合成了Gd3+摻雜納米TiO2介孔材料。研究結(jié)果表明,樣品為孔徑分布相對較窄(10.8～15.6nm)、比表面