新型多功能鈦氧化物的合成及性能研究.pdf

1、TiO<,2>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)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。與普通TiO<,2>納米粉體相比，由Tio<,2>轉(zhuǎn)化而來的鈦氧納米管具有特殊的管狀結(jié)構(gòu)，高比表面積，和更強(qiáng)的吸附能力，更適合做催化劑或催化劑載體。而且通過進(jìn)一步的修飾，有望得到性能優(yōu)異的功能材料。本文對所制備的TiO<,2>納米粉體及鈦氧納米管進(jìn)一步修飾，

2、表征它們的結(jié)構(gòu)，并對修飾前后材料的光催化性能或氣敏性能進(jìn)行研究。主要研究分述如下： 一、金屬硫化物修飾鈦氧納米管的制備及性能研究 采用濕化學(xué)法將MS(M=Cd，Zn)納米粒子負(fù)載于TiO<,2>納米管表面，形成MS/TiO<,2>復(fù)合納米材料。并測試了復(fù)合材料的光催化降解活性和氣敏性能。實驗結(jié)果表明MS/TiO<,2>(30wt.％)的光催化性能要高于TiO<,2>納米管和其各自對應(yīng)的MS納米粒子；MS/TiO<,2>(

3、30wt.％)與其各自的MS納米粒子相比，對乙醇或H<,2>S氣體有更好地選擇性和較快的響應(yīng)一恢復(fù)時間。這些性能的改善，是由于TiO<,2>納米管和MS納米粒子之間的耦合作用。另外，還采用濕化學(xué)法制備了不同Cd含量的Zn<,1-x>Cd<,x>S/TiO<,2>的光催化劑，并討論了Cd含量對Zn<,1-x>Cd<,x>S/TiO<,2>復(fù)合物光催化活性的影響。 采用緩釋H<,2>S法將MS(M=Cd，Zn，Pb)納米粒子負(fù)載于T

4、iO<2>納米管表面，形成MS/TiO<,2>復(fù)合納米材料。并測試了復(fù)合材料的光催化降解活性和氣敏性能。實驗結(jié)果表明經(jīng)MS納米粒子修飾的TiO<,2>納米管的光催化活性提高了，還改善了這種復(fù)合物的氣敏性能。并且CdS/TiO<,2>(10-30、wt.％)在最佳工作溫度為270℃時，對乙醇?xì)怏w有著較好地選擇性；ZnS/TiO<,2>(10-30 wt.％)在最佳工作溫度為160℃時，對H<,2>S氣體有著較好地選擇性。 二、Cd

5、Se納米粒子光敏化鈦氧納米管的制備及性能的研究 采用液相沉積法和超聲化學(xué)法合成了CdSe/TiO<,2>，對所制備的材料進(jìn)行表征，對產(chǎn)物的光催化活性研究表明CdSe/TiO<,2>的光催化活性比純的CdSe納米粒子或TiO<,2>納米管的高。CdSe作為一種光敏化劑不僅拓寬了TiO<,2>納米管對可見光的響應(yīng)，而且之間發(fā)生了光生電子一光生空穴的有效電荷分離，增加了光生載流子的數(shù)量，由此增強(qiáng)了催化劑的光催化降解效果。 三、

6、納米粒子在鈦氧納米管上負(fù)載及性能的研究 以H<,2>PtCl<,6>為前軀體，采用浸漬法將鉑納米粒子負(fù)載在鈦酸鈉納米管上，并在氮氣氛下653 K煅燒3 h后得到了Pt/TiO<,2>。測試和研究了TPt/TiO<,2>光催化劑性能和氣敏性能。所得到的Pt/TiO<,2>具有良好的光催化活性，最佳負(fù)載量為1.5wt.％。且Pt納米粒子的存在還提高了TiO<,2>納米管對乙醇?xì)怏w的氣敏選擇性。 以硫代乙酰胺為硫源，將CdS、

7、ZnS通過離子交換方法負(fù)載到鈦酸納米管上。測試和研究了了產(chǎn)物的光催化性能和在低溫下的氣敏性能，結(jié)果表明：載體與納米粒子之間存在著耦合作用。這種耦合作用不僅提高了催化劑的光催化性能，還改善了元件的氣敏性能，并且發(fā)現(xiàn)選用鈦酸納米管作為載體制備得到的H<,3>TiO<,7>/MS氣敏元件，更適合于在較低的工作溫度下進(jìn)行測試。 四、包覆型磁性二氧化鈦的制備及性能的研究 采用包覆改性方法制備了TiO<,2>/SiO<,2>/γ-F

8、e<,2>O<,3>包覆型磁性光催化劑，即在磁性核心和二氧化鈦包覆層之間增加了一個SiO<,2>隔離層，并與TiO<,2>/γ-Fe<,2>O<,3>的光催化性能進(jìn)行了對比。在TiO<,2>/SiO<,2>/γ-Fe<,2>O<,3>中，由于SiO<,2>的介入，不僅有效的避免了γ-Fe<,2>O<,3>與TiO<,2>之間的電子干擾，還起到了加強(qiáng)粘接的作用，使二氧化鈦外包覆層不容易在光催化降解過程中脫落。并測試了樣品γ-Fe<,2>O