论文摘要
纳米二氧化钛（TiO2）,作为材料科学领域最受关注的半导体材料之一,具有独特的光电及光化学特性、化学稳定性、无毒无害及来源丰富等特点,在光催化、太阳能电池、传感器、以及电子器件等领域具有广阔的应用前景。本论文围绕可溶性纳米二氧化钛及其复合物的制备主要开展了以下几方面的工作:1)水溶性纳米二氧化钛的制备和表征:近年来研究表明,采用疏水有机脂肪酸（油酸）作为表面活性剂可实现单分散性纳米二氧化钛的可控制备,但因制得的纳米TiO2的疏水性表面特点,反而限制了其在很多水性体系中的光催化应用。本实验采用钛酸四正丁酯为钛源,聚乙二醇400（PEG400）作为反应溶剂和表面活性剂,在温和条件下制备出PEG400包覆的水溶性纳米二氧化钛。在反应过程中,通过控制体系中所加盐酸的量可以调节制备出的纳米二氧化钛的晶型:锐钛矿型、锐钛矿和金红石的混合晶型、金红石型。同时讨论了水溶性纳米二氧化钛的形成机理以及反应温度、时间对产物的影响。2)水溶性纳米二氧化钛的光催化性能研究:采用甲基橙作为被降解污染物,对制得的三种晶型的纳米二氧化钛的光催化性能进行了表征,结果表明,三种纳米二氧化钛均表现出较好的光催化活性,而以锐钛矿型的纳米二氧化钛光催化活性最优,超过了商品P25的光催化效果。通过实验探讨,我们认为这种高催化活性主要来自于锐钛矿型纳米二氧化钛的高结晶度、高纯度、小尺寸以及颗粒表面PEG400修饰所带来的强吸附性和水溶性特质。3)TiO2/石墨烯复合材料的制备和表征:石墨烯因其优异的性能及独特的二维平面结构,被认为是构建功能性纳米复合物的最佳支撑材料。本实验发展了一种溶剂热过程制备TiO2/石墨烯复合物的简单有效的方法。通过将石墨烯加入钛酸四正丁酯与油酸形成的钛的羧酸盐复合物中,充分混合,再经在一定温度下的水解或胺解过程制得TiO2/石墨烯复合物。通过控制反应体系组成可控制石墨烯表面的负载的纳米TiO2的形貌。同时,由于石墨烯表面纳米TiO2的油溶性特征,我们制得的TiO2/石墨烯复合物也能稳定分散于极性溶剂中,可进一步开发其在极性溶剂中的应用。另外,我们通过类似的过程制备了油溶性纳米TiO2/氧化石墨烯复合物以及水溶性纳米TiO2/石墨烯复合物,证明了该方法具有一定的普适性。