纳米TiO2复合材料的制备及应用研究

论文摘要

纳米TiO2复合材料的制备、复合途径对TiO2性能的影响及其在军民领域中的应用是当前研究的热点之一。本文从TiO2的光催化机理入手，提出了几种能有效提高其催化氧化活性的复合模型，并根据模型制备了几种不同的纳米TiO2复合材料，研究复合对TiO2催化氧化性能、抗菌性能的影响，对制备的复合材料在光催化、抗菌、喷撒型抗红外固体气溶胶及燃烧型抗红外发烟剂中进行了应用研究，主要内容如下： 从TiO2的光催化机理出发，提出氧化剂复合模型、氧化剂-金属沉积复合模型、半导体-氧化剂复合模型制备复合材料，以扩展TiO2的激发波段，降低光生电子-空穴的复合几率，并进行机理分析。 根据氧化剂复合模型，制备TiO2-WO3纳米复合催化剂，对3.3×10-3mol／L甲醛溶液进行光催化，考察不同条件对其光催化性能的影响；制备Fe3+／TiO2复合材料，研究太阳光下其催化降解甲基橙的活性；制备Cu2+／TiO2复合材料研究其抗菌性能；采用浸渍法制备了不同掺杂量的纳米V2O5／TiO2复合材料，研究掺杂对TiO2抗菌性能和可见光催化活性的影响。结果表明，相同的焙烧温度下，WO3掺杂能抑制粒径的长大；焙烧温度升高，TiO2金红石相质量分数增加，粒径变大；WO3掺杂量为3％、600℃焙烧时，金红石相质量分数为13.5，光催化活性最高，甲醛光催化1.5h后降解率达到64％，比纯TiO2光催化活性高出79.4％。纳米Fe3+／TiO2复合材料具有多孔结构，表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺使纳米粒子分散均匀，形成多孔结构。表面活性剂加入和Fe3+掺杂能抑制粒径的长大，表面活性剂质量分数5％，Fe3+掺杂量为2％，甲基橙溶液的pH值为5时复合材料的光催化效果最好，太阳光照射3h降解达到30％以上，比纯TiO2的光催化效率提高了10倍。Cu2+／TiO2复合材料Cu2+掺杂量1.6％以上才具有较好的抗菌性能，适量掺杂时以催化机理杀菌，过量掺杂时以溶出机理杀菌。浸渍法制备的纳米V2O5／TiO2复合材料不需紫外光照射即具有较强的抗菌性能，对大肠杆菌和金黄葡萄球菌产生透明抑菌圈，抑菌直径为8～11mm。FT-IR和XPS的测试结果证实了复合材料中新键Ti-O-V的存在。较低浓度掺杂可见光催化降解甲醛能力大大提高，掺杂量过大时，V5+以V2O5形式覆盖在TiO2表面，此时催化性能大大降低，不具有杀菌性能。 根据氧化剂-金属沉积复合模型，采用溶胶凝胶法制备纳米Ag／TiO2复合材料，研究其抗菌性能和光催化性能，并以X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）进行表征。成功制备出了既具有较强抗菌性能又具有较强光催化性能的纳米Ag／TiO2复合材料。应用其整理的纺织品不需紫外光照射即具有较强的抗

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 2的结构和性能'>1.1 纳米TiO₂的结构和性能
• 2的晶体结构'>1.1.1 TiO₂的晶体结构
• 2的能带结构'>1.1.2 TiO₂的能带结构
• 2的缺陷'>1.1.3 纳米TiO₂的缺陷
• 2的特性'>1.1.4 纳米TiO₂的特性
• 2的表面状态'>1.1.4.1 纳米TiO₂的表面状态
• 1.1.4.2 光学特性
• 1.1.4.3 光电转换特性
• 1.1.4.4 电学特性
• 1.1.4.5 光催化特性
• 2的应用及存在的缺陷'>1.2 纳米TiO₂的应用及存在的缺陷
• 2复合材料国内外研究现状'>1.3 纳米TiO₂复合材料国内外研究现状
• 1.3.1 金属沉积法
• 1.3.2 离子掺杂法
• 1.3.2.1 金属离子掺杂
• 1.3.2.2 阴离子掺杂
• 1.3.2.3 非金属阳离子掺杂
• 1.3.3 半导体复合法
• 1.3.4 表面修饰方法研究
• 1.3.5 催化剂负载方法研究
• 1.3.6 可见光催化性能研究
• 1.3.7 制备方法研究
• 1.4 本论文问题的提出及研究内容
• 2复合模型设计'>2 纳米TiO₂复合模型设计
• 2光催化机理'>2.1 纳米TiO₂光催化机理
• 2.2 氧化剂复合模型
• 2.3 氧化剂-金属沉积复合模型
• 2.4 半导体-氧化剂复合模型
• 3 氧化剂复合模型制备复合材料
• 2／WO₃的制备及对甲醛的光催化降解'>3.1 纳米TiO₂／WO₃的制备及对甲醛的光催化降解
• 3.1.1 实验
• 3.1.2 结果和讨论
• 3+／TiO₂的制备及太阳光催化性能'>3.2 多孔纳米Fe³⁺／TiO₂的制备及太阳光催化性能
• 3.2.1 实验
• 3.2.2 实验结果与讨论
• 2+／TiO₂复合材料的制备及性能'>3.3 纳米Cu²⁺／TiO₂复合材料的制备及性能
• 3.3.1 实验
• 3.3.2 实验结果与讨论
• 2O₅／TiO₂复合材料的制备及抗菌性能'>3.4 纳米V₂O₅／TiO₂复合材料的制备及抗菌性能
• 3.4.1 实验
• 3.4.2 实验结果与讨论
• 3.5 本章小节
• 4 氧化剂-金属沉积复合模型制备复合材料
• 2复合材料的制备及性能'>4.1 溶胶凝胶法Ag／TiO₂复合材料的制备及性能
• 4.1.1 实验
• 4.1.2 实验结果与讨论
• 4.2 本章小节
• 5 氧化剂-半导体复合模型制备复合材料
• 2-SiO₂复合材料的制备及性能'>5.1 纳米TiO₂-SiO₂复合材料的制备及性能
• 5.1.1 实验
• 5.1.2 膜包覆复合设计
• 5.1.3 膜包覆过程
• 5.1.4 CTAB的作用
• 5.1.5 实验工艺条件的确定
• 5.1.6 实验结果与讨论
• 2O₅／TiO₂-SiO₂复合材料的制备及抗菌性能'>5.2 纳米V₂O₅／TiO₂-SiO₂复合材料的制备及抗菌性能
• 5.2.1 实验
• 2O₅／TiO₂-SiO₂复合模型'>5.2.2 V₂O₅／TiO₂-SiO₂复合模型
• 5.2.3 实验结果和讨论
• +／TiO₂-SiO₂复合材料的制备及性能'>5.3 纳米Ag⁺／TiO₂-SiO₂复合材料的制备及性能
• 5.3.1 实验
• 5.3.2 实验结果和讨论
• 2O₅／TiO₂-SiO₂复合材料、Ag⁺／TiO₂-SiO₂复合材料的应用—抗菌陶瓷的制备'>5.4 V₂O₅／TiO₂-SiO₂复合材料、Ag⁺／TiO₂-SiO₂复合材料的应用—抗菌陶瓷的制备
• 3+／TiO₂-SiO₂复合材料的制备及光催化性能'>5.5 Fe³⁺／TiO₂-SiO₂复合材料的制备及光催化性能
• 5.5.1 实验
• 5.5.2 实验结果和讨论
• 5.6 本章小节
• 2复合材料的制备及应用'>6 表面修饰纳米TiO₂复合材料的制备及应用
• 6.1 气溶胶的红外消光原理
• 2／PANI复合材料的制备及红外消光性能'>6.2 纳米TiO₂／PANI复合材料的制备及红外消光性能
• 6.2.1 PANI的导电性
• 6.2.2 实验
• 6.2.3 实验结果和讨论
• 2／Fe₃O₄的制备及其对发烟剂性能的影响'>6.3 纳米TiO₂／Fe₃O₄的制备及其对发烟剂性能的影响
• 6.3.1 实验
• 6.3.2 实验结果和讨论
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 7.1 本文结论
• 7.2 本论文创新点
• 7.3 本课题发展趋势
• 致谢
• 参考文献
• 作者博士期间发表的论文