氧化钛基纳米带的改性及应用研究

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1、山东大学博士学位论文中文摘要自1991年同本学者饭岛澄男发现碳纳米管以来，一维纳米材料(纳米管、纳米棒、纳米线、纳米带、同轴纳米电缆等)引起了人们的广泛关注。近来随着Ti02纳米线、纳米管及纳米带等一维纳米结构的合成和性能研究的开展，二氧化钛在催化、传感器、水处理等领域显示了更广阔的应用前景。二氧化钛是一种多功能材料，具有良好光电性能、气敏特性和光催化性能，但是目前应用于以上用途的二氧化钛一般以纳米颗粒或者薄膜的形式存在，对于二氧化钛纳米带的研究、特别是应用研究较少，且其光电性能、气敏特性和光催化性能仍然无法满足实际应用要求。因此，本研究在采用水热法实现批量制备高质量二氧化钛纳米带的基础上，通

2、过对其改性，制得二氧化钛纳米带表面异质结构，实现对纳米带性能的调控，制备高性能二氧化钛纳米器件并探索其在光电、光催化、传感器等几个方面的应用。随着器件制备技术的显著进步，人们实现了单根纳米带性能的测量，并利用单根半导体纳米带或者纳米带阵列制成了超灵敏纳米场效应管、光电器件、气体传感器和生物传感器。但是由于利用纳米带制备这些纳米器件一般需要价值昂贵的设备，其制造成本使得这些传感器几乎无法投入市场。本研究提出了采用普通的造纸原理将氧化物纳米带制成纳米纸张的新思路，然后将纸张按照一定的标准切割、连接、封装就可以制备性能均一的器件，此方法为纳米带由实验室走向实际应用提供了一条可行的新途径。本研究中采用

3、氧化钛基纳米带构成的纳米纸张，制备了相应的纳米器件，研究其在光电器件、气敏元件和生物传感器方面的应用。本研究得到的主要结论如下：1、利用水热法实现了Na2Ti307、H2Ti307和Ti02纳米带的批量合成。通过XRD、TEM、SEM等手段对所制备的纳米带进行表征。结果表明：纳米带宽度为50-200nm，长度达到几十微米，甚至一百多微米；产物产率高，质量好，结晶良好，表面洁净，无缺陷。纳米带的形成机制为“溶解一结晶”机制。首先Ti02被NaOH溶液在水热条件下溶解，然后结晶生长，形成山东大学博士学位论文Na2Ti307纳米带；酸洗后，Na+和H+交换，形成H2Ti307纳米带；经一定温度的热处

4、理后转变为Ti02纳米带。2、将制备的氧化钛基纳米带采用普通的造纸原理得到了厚度一致的柔性纳米结构纸张。将纸张按照一定标准切割、连接、封装制备了性能均一的器件。对Ti02、H2Ti307和Na2Ti307纳米结构纸的电子传输性能进行了检测，其可测的I．V行为说明了纳米结构纸在传感器方面的潜在应用。研究了Ti02纳米带结构纸张对02的敏感性，结果表明，氧化钛纳米结构纸表现出了对氧气的超敏感性。通过抗菌实验测了改性制备的Ag．H2Ti307纳米结构纸的抗菌和抑菌性能，结果表明Ag．H2Ti307纳米结构纸具有良好的抗菌和抑菌性能，将在无菌过滤和空气过滤方面具备应用前景。3、通过光催化还原金属离子法

5、制备了贵金属(Au、ag)／Ti02纳米带表面异质结构。通过XRD、TEM、SEM、XPS等手段对样品进行表征，结果表明，贵金属(金、银)离子都被还原形成了贵金属单质纳米颗粒，在二氧化钛纳米带上分散良好，颗粒均匀一致。合成的A卵i02异质结构纳米带，表面纳米Ag颗粒的粒径约为10nm。而Au／Ti02异质结构纳米带，表面纳米Au颗粒的粒径约为30nm。利用这种方法制备贵重金属／Ti02异质结构纳米带的方法，制备工艺简单，表面洁净无污染，不需要添加任何表面活性剂。此材料可以在光催化、催化、杀菌以及太阳能电池等领域具有广泛的应用。4、采用Ti02纳米带、Ag／Ti02异质结构纳米带修饰改性玻碳电极

6、，并对其电化学性能进行了研究。结果表明，Ag／Ti02／GCE在PBS溶液中表现出了稳定的电化学行为，在不同浓度的L-半胱氨酸的O．25MPBS(pH7．0)溶液中的循环伏安曲线表明该电极对于巯基的检测表现出了很高的灵敏度。这预示了Ag／Ti02在生物传感器方面的潜在应用。5、通过液相合成法在Ti02纳米带表面组装ZnO纳米结构，制备了ZnO／Ti02纳米带表面异质结构。所制得的产物是Ti02的纳米带表面组装了ZnO纳米花：Ti02纳米带的宽度为50---200纳米，长度达到几十微米，而ZnO异质结呈花状，长为500纳米的骨苞上长有200纳米左右的花瓣。这种异质结构纳米材料将在光催化、气体传感

7、器、太阳能电池等领域有重要作用。¨山东大学博士学位论文6、将H2Ti307纳米带在一定浓度酸溶液中、100。C温度条件下进行腐蚀，再经600。Clh热处理制备了AnataseTi02纳米颗粒／AnataseTi02异质结构纳米带(ANP／ANBTi02异质结构)，然后采用光催化还原方法在此表面沉积金属Ag，制备了Ag／ANP／ANBTi02双异质结构纳米带。对所制得的样品通过XRD、TEM、HRT