液相法制備N-TiO2及其光學(xué)性能研究.pdf

1、自從1972年，F(xiàn)ujishima利用TiO2電極光解水以來，TiO2因具有眾多的優(yōu)點在環(huán)境污染的治理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但是由于其禁帶較寬，只能被紫外光激發(fā)，同時光生電子空穴復(fù)合的幾率大，嚴(yán)重地阻礙了其應(yīng)用和發(fā)展。1986年，Sato發(fā)現(xiàn)N摻雜后的TiO2具有可見光活性，但一直未得到人們的重視。直到2001年Asahi報道了TiO2摻N后，不僅沒降低紫外光活性，而且還增強了可見光活性，從此開啟了利用N摻雜來提高TiO2可見光活性的

2、新篇章。
　　 本論文研究內(nèi)容如下：
　　 在第二章中利用低溫水熱法合成了鈦酸鈉納米管(Na2Ti2O4(OH)2nanotubes)前驅(qū)體，然后以氯化銨(NH4Cl)為氮源進行離子交換，在空氣氣氛下不同溫度煅燒來制備N摻雜TiO2基納米結(jié)構(gòu)材料。樣品的晶體結(jié)構(gòu)和形貌分別用X射線衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)進行表征，結(jié)果表明離子交換后空氣氣氛下100和200℃煅燒的樣品，晶體結(jié)構(gòu)與前驅(qū)體相比并沒有發(fā)生改變，仍

3、為正交晶系。TEM結(jié)果顯示依然為納米管狀，形貌也沒發(fā)生改變。紫外-可見漫反射譜圖顯示N摻雜后產(chǎn)物的吸收邊發(fā)生紅移，禁帶寬度減小；當(dāng)煅燒溫度增加到300和400℃時，晶體結(jié)構(gòu)逐漸向銳鈦礦相轉(zhuǎn)變，同時納米管斷裂，對可見光的吸收強度逐漸增大，禁帶寬度進一步減??；當(dāng)煅燒溫度增加到500和600℃時，銳鈦礦相的結(jié)晶性增加，管狀結(jié)構(gòu)基本消失，變?yōu)檩^短的納米棒或納米顆粒，對可見光的吸收強度減小，禁帶寬度不再減小。結(jié)合X射線光電子能譜(XPS)，XRD

4、，紅外光譜FT-IR，及熱重分析等手段分析了表面元素的結(jié)合態(tài)、產(chǎn)物的晶型轉(zhuǎn)化、熱分解條件與光學(xué)性能的關(guān)系，探討了層狀鈦酸鹽的分解條件和N摻雜作用機理。
　　 在第三章中利用在反應(yīng)過程中加入氮源來制備銨鹽納米管前驅(qū)體即在低溫水熱時加入5ml的濃氨水來合成前驅(qū)體材料，然后分別在氨氣、氮氣、空氣氣氛下和氨水?dāng)U散條件下不同溫度(200℃、300℃、400℃、500℃)煅燒制得不同的氮摻雜樣品。利用XRD分析了其晶相，發(fā)現(xiàn)其一直保持正交晶

5、系結(jié)構(gòu)，TEM分析表明，即使在500℃煅燒仍以管狀結(jié)構(gòu)存在。UV-VISDRS表明不同的氣氛煅燒均有可見光的吸收，但在不同氣氛中的可見光的吸收程度卻不相同。PL表明用320nm的激發(fā)波長激發(fā)時均在380nmn附近出現(xiàn)發(fā)光峰，這個發(fā)光峰來源于本征發(fā)射。
　　 第四章和第三章制備方法相同，只是在水熱合成后用100ml、0.1M的鹽酸與沉淀物進行離子交換，然后再用三次水反復(fù)沖洗至pH值為7。XRD分析表明，在300℃以下煅燒，在氨氣、

6、氮氣、空氣氣氛下和氨水?dāng)U散條件下煅燒的樣品均為正交晶系結(jié)構(gòu)；當(dāng)在400℃煅燒時氨氣、氮氣、空氣條件下均為TiO2(B)相為主納米管，銳鈦礦為輔的混合相，但是在氨水?dāng)U散條件下僅為TiO2(B)相和銳鈦礦相的混合相，并且銳鈦礦相結(jié)晶性增強；當(dāng)在500℃煅燒時氨氣、氮氣、空氣氣氛下和氨水?dāng)U散條件下煅燒的樣品均為銳鈦礦相和TiO2(B)相的混合相，這就導(dǎo)致了四種條件下樣品隨溫度變化紫外-可見光區(qū)吸收性能的差異。進一步通過XPS表征結(jié)果顯示在氨氣