水热法制备钛酸盐纳米管的化学组成、结构及其光催化活性研究

论文摘要

本研究以锐钛矿相为主的氧化钛粉体为原料，在强碱性条件下采用水热合成法制备出外径约10 nm的钛酸盐纳米管。用TEM、SEM、XRD和EDS等测试分析手段对不同工艺条件下获得的产物进行了表征，并对其热稳定性、光催化活性进行测试。研究表明：纳米管是在水热处理过程中形成的，而不是在清洗或浸泡过程中形成的。控制浸泡液的pH值，可以获得组分为NaxH2-xTi3O7或NaxH2-xTi3O7与TiO2混合物纳米管。纳米管具有较好的热稳定性，在400℃热处理后，其晶型与热处理前无明显变化，500℃热处理后，仍保持纳米管状结构。随着热处理温度的提高，锐钛矿相逐渐向金红石相转变，同时金红石型TiO2和Na2Ti3O7反应生成新的晶相Na2Ti6O13，至800℃时主要以Na2Ti6O13晶体存在，同时有少量金红石型TiO2。热处理温度对钛酸盐纳米管的光催化活性有显著影响。未煅烧及400℃煅烧的纳米管光催化活性较低，500℃煅烧后具有较高的光催化活性，但煅烧温度高于600℃后，由于锐钛矿晶体减少，纳米管的光催化活性降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 引言
• 2 文献综述
• 2.1 前言
• 2.1.1 纳米材料的特性
• 2.1.2 纳米半导体材料的特性
• 2.1.3 纳米半导体在光催化领域的研究概况
• 2.2 纳米材料的制备方法及其特点
• 2.2.1 固相法
• 2.2.2 气相法
• 2.2.3 液相法
• 2晶体结构'>2.3 纳米TiO₂晶体结构
• 2.4 纳米二氧化钛光催化进展
• 2.4.1 光催化机理
• 2光催化剂的改性'>2.4.2 纳米TiO₂光催化剂的改性
• 2光催化活性的影响'>2.4.3 光催化反应条件对TiO₂光催化活性的影响
• 2.5 氧化钛纳米管的研究进展
• 2.5.1 纳米管的发展历史
• 2.5.2 氧化钛纳米管的应用
• 2.5.3 氧化钛纳米管的制备方法
• 2.6 本课题的研究的内容、目的及意义
• 3 实验过程与方法
• 3.1 实验原料及设备
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 主要实验设备
• 3.2 纳米管的制备工艺流程图
• 3.3 实验设计
• 3.4 光催化活性的测试
• 3.4.1 紫外光光催化活性测试
• 3.4.2 可见光光催化活性测试
• 3.5 纳米管的表征
• 3.5.1 纳米管形貌的表征
• 3.5.2 结构分析
• 3.5.3 EDS能谱分析
• 4 实验结果与分析
• 4.1 洗涤条件对纳米管形貌的影响
• 4.2 洗涤条件对纳米管组成的影响
• 4.3 水热反应时间对纳米管形貌的影响
• 4.4 NaOH浓度对产物形貌的影响
• 4.5 反应物浓度对纳米管形貌的影响
• 4.6 热处理温度对纳米管晶体结构的影响
• 4.7 热处理温度对纳米管形貌的影响
• 4.8 热处理温度对纳米管组成的影响
• 4.9 热处理过程晶型转变的热力学分析
• 4.10 纳米管的物化性质
• 4.11 纳米管光催化活性分析
• 4.11.1 浸泡条件对纳米管光催化活性的影响
• 4.11.2 水热反应时间对纳米管光催化活性的影响
• 4.11.3 煅烧温度对纳米管光催化活性的影响
• 5 结论
• 6 对今后工作的展望
• 7 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文