硫酸溶液調(diào)控TiO2納米形貌及金屬離子摻雜.pdf

1、作為一種應(yīng)對能源問題和環(huán)境問題的有效手段，光催化技術(shù)對于人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本文基于硫酸溶液中鈦酸和非晶態(tài)TiO2的溶解再結(jié)晶過程，對鈦酸納米線施以合適的中間熱處理以控制其結(jié)晶度，最終實(shí)現(xiàn)了對硫酸處理后TiO2納米薄膜形貌的可控制備;在硫酸溶液中添加合適金屬硫酸鹽，實(shí)現(xiàn)硫酸處理TiO2納米薄膜的金屬離子摻雜。利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、高分辨透射電子顯微鏡、X射線衍射、Raman光譜、X射線光電子能譜、紫外-可見漫反射等表征技

2、術(shù)分析了TiO2納米薄膜的形貌、晶體結(jié)構(gòu)及光響應(yīng)行為，重點(diǎn)探討了硫酸處理過程中薄膜形貌的轉(zhuǎn)變機(jī)理。
　　論文取得的主要結(jié)果如下:
　　1.Ti02納米薄膜的形貌可控制備:通過將氫鈦酸納米線在不同溫度下熱處理，再在pH=2的硫酸溶液中80℃浸泡72h得到了形貌可控的TiO2納米結(jié)構(gòu)薄膜。隨著中間熱處理溫度的提高，硫酸處理后獲得的TiO2薄膜由納米花結(jié)構(gòu)逐漸過渡為分支納米線結(jié)構(gòu)。超過一臨界溫度，氫鈦酸納米線在中間熱處理過程中直接

3、分解為以銳鈦礦相為主的TiO2，其納米線結(jié)構(gòu)在隨后的硫酸處理過程中保持不變。硫酸溶液pH值從2.0下降到1.0時(shí)，得到的納米花和分支的尺寸都有所增大，保持納米線形貌的中間熱處理臨界溫度也由280℃提高到300℃。改變中間熱處理的時(shí)間，也可以實(shí)現(xiàn)對TiO2薄膜的調(diào)控。相對而言，調(diào)控中間熱處理時(shí)間更容易實(shí)現(xiàn)對TiO2薄膜形貌和尺寸的精確控制。光催化測試結(jié)果表明，中間熱處理?xiàng)l件為260℃×1h，pH=2.0的硫酸處理72 h后得到的分支納米線

4、結(jié)構(gòu)薄膜具有最佳的光催化降解磺基水楊酸的性能。
　　2.Ti02納米薄膜金屬離子摻雜改性:通過向硫酸溶液中添加可溶性金屬硫酸鹽，一步實(shí)現(xiàn)了鈦酸納米線薄膜的形貌轉(zhuǎn)化和金屬離子摻雜。XPS測試結(jié)果和能譜數(shù)據(jù)均表明，采用該方法可以得到摻雜均勻的TiO2薄膜。添加金屬硫酸鹽后，硫酸處理過程中鈦酸的轉(zhuǎn)化率明顯提高，薄膜中形成了大量的銳鈦礦相TiO2。摻Fe3+時(shí)，隨著摻雜濃度的增加，TiO2納米花的尺寸先減小，再轉(zhuǎn)變?yōu)榉种ЫY(jié)構(gòu);W6+摻雜時(shí)