论文摘要
TiO2作为光催化剂用于有机污染物光降解,是近年研究的热点之一。针对光催化反应,介孔TiO2具有大的比表面积能有利于有机物吸附于表面而加快反应的进行,介孔TiO2特有的孔道结构也利于反应物和产物的扩散,同时也可能导致入射光在催化剂表面的多次漫反射,增加了对入射光的利用效率,对催化活性的提高起到积极的作用。到目前为止,晶态介孔TiO2的合成主要集中于锐钛矿（Anatase）型介孔TiO2,金红石（Rutile）型或A/R混相的有序介孔TiO2还没有报道。而有文献报道金红石型或A/R混相（如商用光催化剂P25）针对某些有机物具有更高的光催化活性,若能合成有序介孔的纯R相或A/R混相,光催化活性估计更高。因此我们尝试合成纯R相或A/R混相的有序介孔TiO2。我们分别采用水热法和溶剂挥发诱导自组装法（EISA）进行了相关的研究。在水热法合成中,为避免在晶化过程中介观结构的坍塌,尝试了低温下一步得到晶态有序介孔TiO2,但遗憾的是仅获得了TiO2纳米晶。另一方面在EISA合成中,通过调变无机前驱体TiCl4（或TiCl3）和Ti的醇盐的比例、EISA的温度、湿度等条件来控制TiO2的晶相,尝试合成A/R混相或纯R相的晶态有序介孔TiO2。具体研究内容如下:第二章研究了低温水热法一步得到晶态有序介孔TiO2。通过调变各种实验条件控制TiO2前驱体的水解和凝聚过程,如变换前驱体（TiCl4或15%TiCl3稀盐酸溶液）,改变摩尔比（TiCl4:表面活性剂=1:12.5到1:75）,改变温度（30℃,40℃,50℃,60℃等）,改变表面活性剂（阴离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,阳离子表面活性剂十二烷基硫酸钠和非离子型表面活性剂P123）等,很遗憾结果得到的是金红石型TiO2纳米晶。采用TiCl4为前驱体,在水溶液下常温得到纯的金红石型TiO2纳米晶,都有均一的颗粒大小,为长40 nm,直径5nm的纳米棒,比表面积为60-80 m2/g,有较好的光催化活性。在水溶液60℃条件下SDS为表面活性剂得到金红石型纳米晶、锐钛矿型无序介孔混合结构。15%TiCl3稀盐酸溶液作为前驱体,TiCl3相比于TiCl4水解速率更慢,得到的金红石型TiO2纳米晶颗粒尺寸为4nm左右,比TiCl4得到的尺寸小。第三章研究了用溶剂挥发诱导自组装（EISA）方法、“酸碱对”理论合成有序介孔TiO2,通过改变酸源、碱源,调节前驱体酸碱对的比例,调变EISA的温度、湿度和挥发速率,考察这些参数对样品有序性和晶相的影响,得到了一系列介孔有序的TiO2。不同酸碱对比例中TiCl4:TBOT=1:1的条件下到的TiO2有序性最好。控制EISA在35℃、100%湿度下进行,得到锐钛矿型和金红石型混合的TiO2,由介孔锐钛矿和金红石纳米晶组成。EISA得到的锐钛矿型有序介孔TiO2在500℃煅烧后介孔结构在晶化过程中坍塌,还需要解决其热稳定性问题。第四章研究了用TEOS蒸气后处理的方法提高有序介孔TiO2的热稳定性,发现在90℃处理1小时效果最好,使TiO2即使在700℃煅烧后仍保持很好的介观结构。和没有TEOS蒸气后处理的样品相对比,TEOS蒸气后处理抑制了TiO2的晶化过程,使TiO2不发生锐钛矿到金红石的相转变。EDX数据表明引入的Si与基体中Ti的摩尔比为1:9。500℃煅烧后样品BET表面积为178.9 m2/g,700℃煅烧的样品BET比表面积仍有89.6 m2/g。从红外谱图证明样品中Si-O-Si键和Si-O-Ti键的存在。在TEOS蒸气处理后,继续用水蒸气处理能在保持TiO2的介孔结构的情况下,进一步提高锐钛矿相的晶化程度。