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TiO_2纳米管的制备、改性及应用

作 者: 马莹
导 师: 贾晓林;董林
学 校: 郑州大学
专 业: 材料学
关键词: TiO2纳米管 水热法 阳极氧化 氮掺杂 羟基磷灰石 电沉积
分类号: O614.411
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 28次
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内容摘要


TiO2纳米管较TiO2其它纳米结构具有较好的光催化、气敏、光电和光电压特性,得到了广泛的关注和深入的研究。然而,宽带隙半导体TiO2(3.2eV)只在紫外光区有吸收(只占太阳光能量的8%,而可见光占太阳光能量的45%),大大限制了它的应用。因此,如何提高TiO2在可见光区的吸收是亟待解决的一个问题。离子掺杂被认为是提高TiO2光催化活性的一个有效的方法。以TiO2纳米粉体为原料,采用水热法制备TiO2纳米管,研究了反应温度、反应时间、前驱体用量以及退火对TiO2纳米管性能的影响。结果表明:反应温度越高,越有利于管状结构的形成,对亚甲基蓝的光降解速率也会升高;反应时间24h,前躯体加入量为0.6g时,样品的光催化效果最好;退火后的样品的结晶度较退火前好,光催化性能也有较大提高。采用阳极氧化法制备TiO2纳米管。研究发现,电压,时间、电解液pH值对TiO2的形貌有很大影响。在电压为20V,氧化时间为5min,电解液pH值为3时,能够得到排列整齐的孔径为60-80nm的纳米管,孔壁厚约为20-30nm。制备的TiO2纳米管为无定形态,400℃下退火后由无定形态转变为锐钛矿型;400-700℃下退火后为锐钛矿和金红石的混合相,且温度越高,金红石相越多;700℃之后全部转变为金红石相。对阳极氧化后的TiO2纳米管进行N掺杂,并对样品的形貌与晶体结构进行了研究。掺N后不会破坏阳极氧化形成的高有序纳度米管阵列。用甲基橙作为模拟降解物进行光催化性能的测试,结果表明N掺杂的TiO2纳米管具有较好的光催化性能。N掺杂的TiO2纳米管在可见光下就有显著的浸润性转换,表明N的引入导致TiO2纳米管材料的可见光响应大大增强。在阳极氧化制备的TiO2纳米管上电沉积羟基磷灰石(HAP),并研究了电沉积时电压,双氧水含量和温度对样品性能的影响。得出制备TiO2/HAP复合涂层的最佳条件为:电解液中双氧水含量2.5ml、电沉积电压1V,温度60℃,电沉积时间为2h。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
引言  8-10
1.文献综述  10-32
  1.1 TiO_2纳米管概述  10-22
    1.1.1 纳米材料的特性  10-11
    1.1.2 TiO_2的晶体结构  11-14
    1.1.3 TiO_2的光催化特性及原理  14-16
    1.1.4 TiO_2的应用  16-18
    1.1.5 TiO_2纳米管的制备方法  18-22
  1.2 TiO_2纳米管的改性  22-25
    1.2.1 过渡金属离子掺杂  23
    1.2.2 稀土元素离子掺杂  23-24
    1.2.3 非金属元素掺杂  24-25
    1.2.4 贵金属沉积  25
  1.3 羟基磷灰石(HAP)概述  25-30
    1.3.1 制备方法  26-28
    1.3.2 应用  28-29
    1.3.3 TiO_2/HAP复合涂层  29-30
  1.4 本论文立题依据和研究内容  30-32
2.水热法制备TiO_2纳米管  32-47
  2.1 引言  32
  2.2 实验部分  32-36
    2.2.1 实验仪器及药品  32-33
    2.2.2 实验过程  33-34
    2.2.3 样品性能测试及表征  34-36
  2.3 结果与讨论  36-46
    2.3.1 反应温度对样品性能的影响  36-40
    2.3.2 反应时间对样品性能的影响  40-42
    2.3.3 前躯体的加入量对样品性能的影响  42-44
    2.3.4 煅烧对样品性能的影响  44-46
  2.4 小结  46-47
3.阳极氧化法制备TiO_2纳米管  47-66
  3.1 引言  47
  3.2 实验部分  47-50
    3.2.1 实验仪器及药品  47-48
    3.2.2 实验过程  48-49
    3.2.3 样品性能测试及表征  49-50
  3.3 结果分析与讨论  50-64
    3.3.1 不同反应条件对样品形貌的影响  50-53
    3.3.2 退火温度对样品晶体结构的影响  53-55
    3.3.3 光催化性能测试  55-61
    3.3.4 润湿性测试  61-64
  3.4 小结  64-66
4.TiO_2纳米管的N掺杂  66-84
  4.1 引言  66
  4.2 实验部分  66-68
    4.2.1 实验仪器及药品  66-67
    4.2.2 实验过程  67
    4.2.3 样品性能测试及表征  67-68
  4.3 结果分析与讨论  68-83
    4.3.1 掺N对样品性能的影响  68-71
    4.3.2 光催化性能研究  71-76
    4.3.3 光催化反应动力学研究  76-80
    4.3.4 润湿性  80-83
  4.4 小结  83-84
5.TiO_2纳米管上电沉积羟基磷灰石涂层  84-101
  5.1 引言  84
  5.2 实验部分  84-87
    5.2.1 实验仪器及药品  84-85
    5.2.2 实验过程  85-86
    5.2.3 样品性能测试及表征  86-87
  5.3 结果分析与讨论  87-100
    5.3.1 碱液处理前后样品的比较  87-91
    5.3.2 电解液中双氧水含量对样品性能的影响  91-95
    5.3.3 电沉积时电压对样品性能的影响  95-98
    5.3.4 电沉积过程中温度对样品形貌的影响  98-100
  5.4 小结  100-101
6.结论  101-102
参考文献  102-110
致谢  110-111
附录  111

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅳ族金属元素及其化合物 > 钛副族(ⅣB族金属元素) > 钛Ti
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