纳米TiO2/MWCNTs复合体的合成与表征

论文摘要

本文通过聚合物包裹和层层自组装技术,合成出了多壁碳纳米管和β-环糊精复合体,并且分别利用溶胶-凝胶、光诱导、电泳沉积等方法制备出了纳米TiO2/MWCNTs复合体。利用XRD、Raman、SEM、TEM、AFM、13C NMR、TG-DSC等手段对所合成的样品进行了表征。实验结果表明:β-环糊精可以自组装在多壁碳纳米管上,使多壁碳纳米管管束解捆,形成均匀的纳米带状结构的多壁碳纳米管和β-环糊精复合体。该复合体在乙醇和水中都有很好的分散性,溶液在几个月内可以稳定存在。此外,β-环糊精具有很高的生物活性,因此,合成的多壁碳纳米管和β-环糊精复合体材料有望在生物及医药领域有较好的应用前景。在此工作的基础上,我们分别用三种方法合成了纳米TiO2/MWCNTs复合体。首先,利用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯为无机前驱体,β-环糊精为结构导向剂,低温合成出了金红石型纳米TiO2,并且发现加入酸修饰的多壁碳纳米管可以显著提高金红石型纳米TiO2的结晶度。所合成的金红石型纳米TiO2具有很强的紫外线吸收性能,有望在紫外线吸收剂等方面得到应用。第二,利用光诱导的方法,分别在紫外光和太阳光的作用下,用单分散的纳米TiO2粒子与MWCNTs-β-CD复合体组装得到线状TiO2-β-CD-MWCNTs微米一维结构,经Raman Mapping表征发现纳米TiO2和MWCNTs均匀分布于TiO2-β-CD-MWCNTs线中。第三,通过电泳沉积法使MWCNTs沉积到介孔TiO2薄膜上,从而形成了介孔TiO2/MWCNTs复合体材料,SEM结果表明,MWCNTs沉积到了介孔TiO2薄膜上。电化学测试结果表明,将MWCNTs沉积到介孔TiO2薄膜上可以显著提高电极的光电流响应,并且该复合体材料对光的响应范围拓展到了可见光区,提高了对太阳光的利用率,可以用作太阳能电池的光阳极材料。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料的定义
• 1.1.2 纳米材料的分类
• 1.1.3 纳米材料的特性
• 1.1.4 纳米材料的发展
• 1.2 纳米二氧化钛
• 1.2.1 纳米二氧化钛的制备方法
• 1.2.2 纳米二氧化钛的晶体结构与相变
• 1.2.3 纳米二氧化钛的性能及应用
• 1.3 碳纳米管
• 1.3.1 碳纳米管的发现
• 1.3.2 碳纳米管的结构
• 1.3.3 碳纳米管的制备
• 1.3.4 碳纳米管的表面化学修饰
• 1.3.5 碳纳米管的物理特性及其应用
• 1.4 选题背景及国内外研究现状
• 1.4.1 选题背景
• 1.4.2 国内外研究现状
• 1.5 研究课题来源
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 第2章 实验材料和表征方法
• 2.1 实验试剂和原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 表征方法及原理
• 2.3.1 广角X 射线衍射
• 2.3.2 热重-差示扫描量热
• 2.3.3 傅立叶变换红外光谱
• 2.3.4 拉曼光谱
• 2.3.5 原子力显微镜
• 2.3.6 透射电子显微镜
• 2.3.7 扫描电子显微镜
• 第3章 多壁碳纳米管和β-环糊精复合体的合成与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 β-环糊精低温诱导形成金红石型纳米二氧化钛
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 2-CD-MWCNTs 线的合成与表征'>第5章 光诱导TiO₂-CD-MWCNTs 线的合成与表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 2 薄膜及粉体的制备'>5.2.1 单分散的纳米TiO₂薄膜及粉体的制备
• 5.2.2 MWCNTs-CD 复合体的制备
• 2-CD-MWCNTs 线的合成'>5.2.3 光诱导TiO₂-CD-MWCNTs 线的合成
• 5.3 结果与讨论
• 2 薄膜及粉体'>5.3.1 单分散的纳米TiO₂薄膜及粉体
• 5.3.2 MWCNTs-CD 复合体
• 2-β-CD-MWCNTs 线'>5.3.3 光诱导TiO₂-β-CD-MWCNTs 线
• 5.3.4 形成机理
• 5.4 本章小结
• 2薄膜电极上电泳沉积MWCNTs'>第6章 介孔TiO₂薄膜电极上电泳沉积MWCNTs
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 ITO 导电玻璃的处理方法
• 2 薄膜的制备'>6.2.2 介孔TiO₂薄膜的制备
• 6.2.3 多壁碳纳米管的羧基化
• 6.2.4 电解液的配制
• 6.2.5 多壁碳纳米管的电泳沉积实验
• 6.2.6 光电化学性能测试
• 6.3 结果与讨论
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文