核-殼結(jié)構(gòu)的TiO-,2--ZnO納米材料的制備及性能研究.pdf

1、TiO2是一種重要的無機(jī)功能材料,因其具有濕敏、氣敏、光電轉(zhuǎn)換、介電效應(yīng)、光致變色及優(yōu)越的光催化等性能,使其在傳感器、介電材料、光電材料、自潔材料和催化劑及載體等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 TiO2納米管是TiO2的又一種存在形式,由于納米管具有大的比表面積,因而具有較高的吸附能力,可望提高TiO2的光催化性能,特別是如果能在管中裝入更小的無機(jī)、有機(jī)、金屬或磁性納米粒子組裝成復(fù)合納米材料,將會大大改善TiO2的光電、電磁及催

2、化性能。
　　 納米TiO2存在太陽能利用率低,光生電子和光生空穴極易復(fù)合導(dǎo)致的光催化效率不高這兩個主要缺點(diǎn),極大地限制了TiO2的實(shí)際應(yīng)用。氧化鋅為直接帶隙半導(dǎo)體,二氧化鈦為間接帶隙半導(dǎo)體,兩者的禁帶寬度非常接近,導(dǎo)帶底和價帶頂能量相差不多,將兩者耦合能對其光學(xué)性能產(chǎn)生重要影響。
　　 有研究表明氧化鋅的引入可以抑制二氧化鈦晶型轉(zhuǎn)變過程和粒子生長,使ZnO-TiO2復(fù)合半導(dǎo)體在紫外光、自然光、太陽光照射下的光催化效率都

3、較單一ZnO和TiO2高,且吸收光譜發(fā)生紅移。
　　 本文主要研究了ZnO納米棒、TiO2納米管、TiO2/ZnO納米復(fù)合材料的制備及相關(guān)性能,為上述納米材料更好和更為廣泛的應(yīng)用提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。具體內(nèi)容如下:
　　 (1)以不同原料和反應(yīng)條件制得不同形貌、具有六角纖鋅礦單晶結(jié)構(gòu)的ZnO納米棒,且這類ZnO納米棒分布均勻、無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。
　　 討論了原料組成、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、醇水比、表面活性劑等因素

4、對ZnO微晶形成的影響,并初步分析了其形成機(jī)理。以0.04M的Zn(NO3)·6H2O和0.05M的(NH4)2CO3,在以SDS為表面活性劑輔助下,于體積比2:1的醇/水體系中200℃水熱反應(yīng)10小時制得的ZnO微晶形貌最佳,其平均直徑約59nm,長徑比達(dá)40。采用XRD分析確定所制得的ZnO微晶具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),尺寸小、晶型良好,且XRD數(shù)據(jù)與TEM結(jié)果一致。
　　 (2)采用電化學(xué)陽極氧化法,在F-存在下制得形貌規(guī)整、有

5、序、排列緊密的中空TiO2納米管。
　　 通過調(diào)整制備工藝條件,可知TiO2納米管的制備受陽極氧化電壓、時間、反應(yīng)液pH值影響。經(jīng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得在陽極氧化電壓60V、反應(yīng)液pH值為6、反應(yīng)9小時的條件下制得的TiO2納米管的形貌最好。由SEM結(jié)果分析知所制得TiO2納米管管徑約100nm,具有高長徑比。由XRD分析確定所得TiO2納米管的晶型良好,且與SEM結(jié)果一致。
　　 (3)采用二步法成功地制備了形貌規(guī)整、清晰的核-殼

6、結(jié)構(gòu)的TiO2/ZnO納米復(fù)合材料,由EDS分析確定其元素組成為鈦、鋅、氧。
　　 實(shí)驗(yàn)證明表面活性劑、鋅含量對TiO2/ZnO納米復(fù)合材料的形貌具有較大影響。表面活性劑影響納米復(fù)合材料中氧化鋅的尺寸,可能是由表面活性劑的極性導(dǎo)致而成,采用SDS做表面活性劑得到的尺寸比CTAB小一半；鋅含量對復(fù)合納米材料表面形貌影響較大,鋅含量在0.0002M時制得的TiO2/ZnO納米復(fù)合材料形貌最佳,過多的鋅會使鈦管被堵塞而見不到孔洞狀。<