功能化tio纳米管阵列的制备、表征与应用.pdf

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1、学校代号分类号10532学密号级B1111S033普通博士学位论文功能化TiO2纳米管阵列的制备、表征与应用学位申请人姓名培养单位导师姓名及职称学科专业研究方向李玥化学化工学院罗胜联教授化学工程与技术水污染控制技术论文提交日期2014年4月14日 学校代号：10532学密号：B1111S033级：湖南大学博士学位论文功能化TiO2纳米管阵列的制备、表征与应用学位申请人姓名：李玥导师姓名及职称：罗胜联教授培养单位：化学化工学院专业名称：化学工程与技术论文提交日期：论文答辩日期：2014年4月14日2014年5月17日答辩委员会主席：蒋健晖教授 St

2、udyonFunctionalizedTiO2NanotubeArrays:Design,SynthesisandApplicationsbyLIYueB.E.(HenanUniversity)2009AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinChemicalEngineeringandTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorPr

3、ofessorLUOShenglianMay,2014 湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大

4、学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在______年解密后适用本授权书。2、不保密√。(请在以上相应方框内打“9”)作者签名：导师签名：日期：日期：年年月日月日I 博士学位论文摘要近些年来，很多研究都致力于研究开发新型催化剂，并对有机污染物进行光催化降解。将半导体纳米材料应用于光催化是一种高级的物理化学过程。在众多的金属氧化物纳米半导体中，二氧化钛(TiO2)纳米材料作为光催化剂是目前研究的热点。但是，TiO2半导体纳米材料的禁带宽度较宽，只能利

5、于太阳光中的紫外光，限制了TiO2半导体纳米材料的实际应用。另外，TiO2的导电率不高，不利于光生载流子的传输，使TiO2上的光生电子和空穴很容易发生复合，降低了光电转换效率。目前，有很多研究都致力于提高TiO2对可见光的利用率以及提高它的光电转换效率。常见的方法有离子掺杂，过渡金属沉积和修饰窄带隙半导体等。采用阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列具有优异的性能，因为其表面形貌均一、高度有序、化学性质稳定以及独特的光学特性和化学特性。自从2001年首次用阳极氧化法制备出TiO2纳米管阵列以来，就引起了人们的广泛兴趣。已经有报道说TiO2纳米管阵列在

6、光电化学以及光催化有机污染物等领域有广泛的应用前景。本论文以提高TiO2纳米管阵列对可见光的利用，提高光电性能和快速高效降解有机污染物为目的，开展了对复合TiO2纳米管阵列在光催化降解有机污染物的研究。具体研究内容如下：(1)采用一种绿色、简单的脉冲电沉积技术和电氧化技术制备了超细p型半导体Cu2O纳米线修饰的TiO2纳米管阵列。Cu2O纳米线的直径小于5nm并成功地沉积在了n型半导体TiO2上，使它们之间构成了p-n结。相对于未修饰的TiO2，该复合材料拥有更大的比表面积。X-射线衍射(XRD)和高分辨投射电子显微镜(HRTEM)证明Cu2O的

7、单晶结构。因为Cu2O为窄带隙半导体，复合材料Cu2O/TiO2纳米管阵列实现了对可见光的吸收。另外，由于在p-n结上产生的电势差，实现了光生电子和空穴的有效分离。另外，还对Cu2O纳米线的形成机理进行了推测。(2)CuSe/TiO2纳米管阵列复合材料是以Cu2O/TiO2纳米管阵列为基底，采用光辅助的化学浴沉积的方法制备得到。Cu2O起到提供铜源和成核中心的作用，在低温条件下通过与硒离子溶液反应制备出了3D蔷薇花状的CuSe纳米花。该结构既具有p-n结的优势，也同时具有微米/纳米结构，有利于电子的传输以及抑制光生电子和空穴的复合。还探讨了对3D

8、蔷薇花状的CuSe纳米花形成的影响因素，包括时间的影响、温度的影响、光照的影响以及搅拌的影响。通过光电测试发现CuSe/TiO2复合材料