介孔TiO2的模板法合成及结构修饰研究

论文摘要

相对于硅基骨架介孔材料,金属氧化物骨架的介孔材料合成中存在的困难较多,目前介孔TiO2的合成中存在着产物孔道有序性差、稳定性不够理想和难以得到晶态骨架的问题。本文通过使用不同的模板剂合成介孔TiO2,研究了产物的结构性质及其影响因素以及适宜的模板剂脱除方式,并主要以骨架掺杂的方式对产物进行了结构修饰,目的在于为合成孔道规则、结构稳定和具有实用性能的介孔TiO2材料提供新的有效途径。以非离子表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚（OP）为模板、钛酸四丁酯为钛源采用水解沉淀法合成了介孔TiO2粉体。N2吸附-脱附测试表明产物是比表面积为241m2?g-1、孔容为0.40cm3?g-1、孔径集中分布在36nm之间的介孔材料,红外光谱证明在室温下用水和乙醇洗涤抽滤水解沉淀物即可将模板剂完全脱除,这些结果表明OP是一种良好的造孔剂,且是一种很容易去除的模板剂。X-射线衍射结果显示合成的产物原粉具有锐钛矿骨架。对所得产物的光催化性能进行了评价,介孔TiO2对甲基橙的光催化降解活性明显优于非孔TiO2材料。研究了焙烧对产物的晶型、孔结构和光催化活性的影响。用Fe（III）对介孔TiO2进行掺杂改性,掺杂Fe元素后的介孔材料光催化活性得到进一步增强。以阳离子表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵为模板水热法合成制备了有序孔道的介孔TiO2,通过Fe（III）嵌入骨架进行结构改性。表征结果显示Fe掺杂可提高产物的孔道有序性和热稳定性。在350℃焙烧后,铁掺杂的介孔TiO2仍保持较完好的有序介孔结构,与纯介孔TiO2相比孔径分布更为集中,同时具有较大的比表面积（418m2?g-1）。以高分子嵌段共聚物P123为模板采用室温下水解沉淀法合成了介孔TiO2。小角XRD测试表明优化合成条件后的产物为有序介孔结构。用乙醇索式提取的方式可有效地去除P123模板,同时使孔道结构更加规整。产物的结构特点为墨水瓶状孔道,比表面积为266.5m2?g-1,孔容为0.26cm3?g-1,最可几孔径为4.3nm。以嵌段共聚物F127为模板分别采用水解沉淀法和水热法合成了介孔TiO2,对产物的结构性质及形成的条件和机理进行了研究。发现水解沉淀法难以合成出有序介孔TiO2材料。采用水热法,选择适当的工艺条件能合成出晶态骨架结构且孔道有序的介孔TiO2,重要的工艺参数包括模板剂与钛源的

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 介孔材料的研究现状
• 1.2.1 介孔材料的发展历史
• 1.2.2 介孔材料的合成和形成机理
• 1.2.3 介孔材料的结构修饰与组成的扩展
• 1.2.4 介孔材料的应用研究
• 2材料的研究进展'>1.3 介孔TiO₂材料的研究进展
• 2的合成方法与工艺'>1.3.1 介孔TiO₂的合成方法与工艺
• 2的应用前景'>1.3.2 介孔TiO₂的应用前景
• 2研究中存在的问题'>1.3.3 介孔TiO₂研究中存在的问题
• 1.3.4 课题来源与主要研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验所用试剂及仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器设备
• 2的合成方法'>2.2 介孔TiO₂的合成方法
• 2.2.1 水解沉淀法
• 2.2.2 溶胶-凝胶法
• 2.2.3 水热法
• 2.3 样品的分析表征方法
• 2.3.1 X射线衍射（XRD）
• 2.3.2 N2吸附-脱附
• 2.3.3 红外光谱（FT-IR）
• 2.3.4 紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）
• 2.3.5 透射电镜（TEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）
• 2.3.6 热重-差热综合热分析（TG-DTA）
• 2.4 光催化降解性能测试
• 2'>第3章 非离子表面活性剂模板合成介孔TiO₂
• 3.1 模板剂及合成方法
• 3.1.1 模板剂的选择
• 3.1.2 合成方法及工艺
• 3.1.3 模板剂的脱除
• 3.2 产物的结构性质表征与研究
• 3.2.1 介孔的形成
• 3.2.2 产物的物相
• 3.2.3 TEM和HRTEM表征
• 3.2.4 焙烧对物相的影响
• 3.2.5 焙烧对孔结构的影响
• 3.2.6 介孔形成机理分析
• 2的合成与表征'>3.3 Fe（III）掺杂的介孔TiO₂的合成与表征
• 2的合成'>3.3.1 掺杂Fe的介孔TiO₂的合成
• 2的紫外光谱'>3.3.2 掺杂Fe的介孔TiO₂的紫外光谱
• 2的物相结构'>3.3.3 掺杂Fe的介孔TiO₂的物相结构
• 2的孔结构'>3.3.4 掺杂Fe的介孔TiO₂的孔结构
• 2的光催化性能研究'>3.4 介孔TiO₂的光催化性能研究
• 2光催化原理'>3.4.1 TiO₂光催化原理
• 2对甲基橙的光催化降解'>3.4.2 介孔TiO₂对甲基橙的光催化降解
• 2与非孔TiO₂光催化活性的比较'>3.4.3 介孔TiO₂与非孔TiO₂光催化活性的比较
• 2光催化性能的影响'>3.4.4 焙烧对介孔TiO₂光催化性能的影响
• 2的光催化性能'>3.4.5 掺杂铁的介孔TiO₂的光催化性能
• 2的光催化活性'>3.4.6 太阳光下介孔TiO₂的光催化活性
• 3.5 本章小结
• 2'>第4章 阳离子表面活性剂模板合成介孔TiO₂
• 4.1 合成方法及工艺
• 4.1.1 模板剂的选择
• 4.1.2 水热法工艺与有序介孔形成
• 4.1.3 模板剂的脱除
• 4.2 焙烧对产物结构的影响
• 4.2.1 孔结构有序性的变化
• 4.2.2 物相的转变
• 2材料的合成与表征'>4.3 Fe（III）掺杂的有序介孔TiO₂材料的合成与表征
• 4.3.1 合成工艺
• 2的紫外光谱'>4.3.2 掺杂Fe的介孔TiO₂的紫外光谱
• 4.3.3 掺杂Fe对孔道有序性的影响
• 4.3.4 掺杂Fe对孔道热稳定性的影响
• 4.3.5 N2吸附-脱附表征
• 4.4 本章小结
• 2'>第5章 嵌段共聚物P123 模板合成介孔TiO₂
• 5.1 合成方法与条件优化
• 5.1.1 P123 与钛源物质的量比的影响
• 5.1.2 水解溶剂用量的影响
• 5.1.3 介质酸碱性的影响
• 5.2 有序孔结构的热稳定性
• 5.3 模板剂的脱除
• 5.3.1 焙烧法
• 5.3.2 索氏提取法
• 5.4 孔结构参数
• 5.5 本章小结
• 2'>第6章 嵌段共聚物F127 模板合成介孔TiO₂
• 6.1 水解沉淀法
• 6.1.1 合成工艺
• 6.1.2 室温下水解
• 6.1.3 非室温下水解
• 2及工艺条件'>6.2 水热法合成有序介孔TiO₂及工艺条件
• 6.2.1 合成工艺
• 6.2.2 产物的基本结构性质
• 6.2.3 F127 与钛源物质的量比的影响
• 6.2.4 水量的影响
• 6.2.5 水热反应温度的影响
• 6.2.6 混合模板的影响
• 6.3 模板剂的脱除
• 6.4 水热法合成产物的结构性质
• 6.4.1 HRTEM表征
• 2吸附-脱附表征'>6.4.2 N₂吸附-脱附表征
• 6.4.3 热稳定性
• 6.5 有序介孔形成机理分析
• 6.6 本章小结
• 2的结构修饰'>第7章 晶态骨架有序介孔TiO₂的结构修饰
• 2的合成'>7.1 Ce（III）掺杂的有序介孔TiO₂的合成
• 7.1.1 掺杂合成工艺
• 2骨架的方式'>7.1.2 Ce进入介孔TiO₂骨架的方式
• 2的结构性质'>7.2 掺杂Ce的介孔TiO₂的结构性质
• 2的光谱分析'>7.2.1 掺杂Ce的介孔TiO₂的光谱分析
• 2的物相结构'>7.2.2 掺杂Ce的介孔TiO₂的物相结构
• 2的孔道有序性'>7.2.3 掺杂Ce的介孔TiO₂的孔道有序性
• 2的热稳定性'>7.2.4 掺杂Ce的介孔TiO₂的热稳定性
• 2的水热稳定性'>7.2.5 掺杂Ce的介孔TiO₂的水热稳定性
• 2的孔结构参数'>7.2.6 掺Ce的介孔TiO₂的孔结构参数
• 2O₃在Ce掺杂的有序介孔TiO₂上的负载'>7.3 Fe₂O₃在Ce掺杂的有序介孔TiO₂上的负载
• 7.3.1 负载工艺
• 2O₃在载体上的存在状态'>7.3.2 Fe₂O₃在载体上的存在状态
• 2O₃对孔有序性的影响'>7.3.3 负载Fe₂O₃对孔有序性的影响
• 2O₃对孔结构参数的影响'>7.3.4 负载Fe₂O₃对孔结构参数的影响
• 2光催化性能比较'>7.4 结构修饰前后的介孔TiO₂光催化性能比较
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明
• 哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书
• 哈尔滨工业大学博士学位涉密论文管理
• 致谢
• 个人简历