纳米二氧化钛的制备及其性质研究

论文摘要

纳米科学与技术是20世纪和21世纪高科技,纳米科学对其他科学,产业以及社会的发展、进步有着举足轻重的地位。纳米产品已经创造了很大的社会效益和经济效益,纳米技术和纳米科学将会产生又一次工业革命,这也必将是我们人类科学技术发展史上的又一座划时代的里程碑。纳米二氧化钛材料是非常重要的无机材料。纳米TiO2作为光催化剂,具有安全、无毒副作用、性能稳定、成本低廉、无二次污染等优点,因此,纳米TiO2光催化中被得到广泛的应用。但是,也因其自身的空穴-电子对较容易复合以及对太阳利用率低的缺点,使TiO2的催化活性受到一些限制,因此为了克服TiO2本身的缺点来提高其光催化能力和催化活性是本论文的研究内容。可以通过使用多种手段对二氧化钛进行改性,比如：掺杂贵金属的修饰、非金属元素的掺杂、过渡金属元素的掺杂、表面处理等等。本论文主要通过掺杂金属银和钯来提高二氧化钛的催化活性。光催化活性实验结果表明,掺杂银和钯的TiO2比纯的TiO2有更高的催化活性,最佳掺杂量确定为3%。1.用溶胶-凝胶法制备了TiO2纳米粉体,并用5M的NaOH溶液对样品进行了处理,用XRD、HRTEM、TEM、FT-IR等手段对样品进行了表征。2.以钛酸四丁酯和硝酸银为原料,用溶胶-凝胶法、溶胶-凝胶法-水热法制备掺杂不同含量Ag的TiO2的纳米粉体,用FT-IR、SEM、XRD等手段对样品进行了表征,结果表明：掺杂银和未掺杂的TiO2纳米粉体均为四方相锐钛矿型,平均粒径大约为6～9 nm。适量银的掺杂有效抑制了粒径的增大以及向金红石型的相转化。通过降解刚果红、次亚甲基蓝、甲基橙和罗兰明-B染料,来研究所制备样品的光催化活性；用大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草杆菌进行抑菌性实验；用八通道微量仪,测定了大肠杆菌的生长代谢过程中的热功率-时间曲线,计算出生长速率常数,并确定了生长速率常数与样品的抑菌浓度的关系,最终确定了最佳抑菌浓度；实验结果表明：掺杂的TiO2比纯的TiO2活性都高,而且掺杂n（Ag-TiO2）=3%（摩尔比）的光催化活性和抑菌性都是最高的,说明适量的掺杂能有效的提高样品的催化活性。3.以钛酸四丁酯和氯化钯为原料,用溶胶-凝胶法制备掺杂不同含量Pd的二氧化钛纳米粉体,实验结果得出表明：掺杂后的TiO2催化活性和抑菌性比纯的二氧化钛粉体都有明显提高,其最佳的掺杂量为n（Pd-TiO2）=3%（摩尔比）。4.用水热法将TiO2纳米粉体转化为TiO2纳米管,用HRTEM、TEM、FT-IR、XRD等手段对样品进行了表征,通过TEM可知：纳米管顶端为针状。通过抑菌性实验表明：TiO2纳米管比TiO2纳米粉体的抑菌活性要低。最后,对本论文做了简单总结以及对纳米技术的未来发展进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 纳米材料的研究进展
• 1.1 前言
• 1.2 纳米材料的定义、分类
• 1.3 纳米材料的基本特性
• 1.4 纳米材料的制备方法
• 1.5 纳米材料的表征方法
• 1.6 纳米科学技术的应用
• 1.7 纳米技术的应用前景
• 第二章 掺杂纳米二氧化钛的研究
• 2.1 掺杂二氧化钛的简单概述
• 2.2 掺杂的光催化机理
• 2.3 掺杂的常用方法
• 2.4 掺杂方式
• 2.5 影响掺杂的因素
• 2.6 结束语
• 2纳米粉体的制备、表征及光催化活性研究'>第三章 TiO₂纳米粉体的制备、表征及光催化活性研究
• 第一节 二氧化钛纳米粉体制备及表征
• 3.1 实验部分
• 3.2 结果与讨论
• 第二节 二氧化钛纳米粉体光催化性质研究
• 3.3 实验部分
• 3.4 结果与讨论
• 本章小结
• 2纳米粉体的制备、表征及其性质研究'>第四章 掺杂Ag的TiO₂纳米粉体的制备、表征及其性质研究
• 2纳米粉体及其表征'>第一节 溶胶-凝胶法制备掺杂Ag的TiO₂纳米粉体及其表征
• 4.1 实验部分
• 4.2 结果与讨论
• 2纳米粉体及其表征'>第二节 溶胶—凝胶—水热法制备掺杂Ag的TiO₂纳米粉体及其表征
• 4.3 实验部分
• 4.4 结果与讨论
• 2纳米粉体光催化性质研究'>第三节 掺杂Ag的TiO₂纳米粉体光催化性质研究
• 4.5 实验部分
• 4.6 结果与讨论
• 2纳米粉体抑菌性质研究'>第四节 掺杂Ag的TiO₂纳米粉体抑菌性质研究
• 4.7 实验过程
• 4.8 抑菌结果
• 本章小结
• 2纳米粉体的制备、表征及其性质研究'>第五章 掺杂Pd的TiO₂纳米粉体的制备、表征及其性质研究
• 2纳米粉体的制备及表征'>第一节 掺杂Pd的TiO₂纳米粉体的制备及表征
• 5.1 实验部分
• 5.2 结果与讨论
• 2纳米粉体光催化性质研究'>第二节 掺杂Pd的TiO₂纳米粉体光催化性质研究
• 5.3 实验部分
• 5.4 结果与讨论
• 2纳米粉体抑菌性能研究'>第三节 掺杂Pd的TiO₂纳米粉体抑菌性能研究
• 5.5 实验过程
• 5.6 结果与讨论
• 本章小结
• 第六章 二氧化钛纳米管的制备、表征及其性质研究
• 第一节 水热法制备二氧化钛纳米管的制备与表征
• 6.1 实验部分
• 6.2 结果与讨
• 第二节 纳米二氧化钛管的抑菌性性质研究
• 6.3 药品、仪器及菌种的选择
• 6.4 抑菌实验的方法
• 6.5 抑菌性实验的结果
• 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文和申请的专利
• 致谢