多孔球形二氧化钛光催化材料的制备与表征

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1、摘要随着资源的过度利用和大自然的严重污染，生态环境遭受了严重的破坏。人们迫切需要开发出能够经济有效地利用能源且并不污染环境的新型功能材料。纳米Ti02正是这种能够净化环境的绿色功能材料，它不仅具有氧化能力强、无选择性、能耗低、无二次污染、降解完全等优点，而且还具有价廉、无毒、可长期使用等特点，所以成为近年来光催化技术研究的热点。其中，多孔二氧化钛微米球形颗粒(包括多孔实心球和多孔空心球)由于具有较大的比表面积，较高的孔体积，而受到人们越来越多的重视。本文主要围绕多孔球形二氧化钛光催化材料的合成、表征和

2、性能等方面的研究开展了如下工作：以聚乙二醇400(PEG-．400)为外加剂，通过控制钛酸丁酯在乙醇．水混合溶液中的水解，制备了双粒径分布的二氧化钛微球。制得的产品具有600．900nm及2．0．2．5lam的双粒径分布。结果显示，刚制备的二氧化钛微球为无定形相，拥有高的比表面积(>240．0m2／曲。PEG的浓度显著地影响了二氧化钛微球的大小及粒径分布。随着PEG-400浓度的升高，所得二氧化钛微球的粒径减小。当PEG--400的浓度适合时，制备的二氧化钛微球呈现双粒径分布。除了PEG．400外，P

3、EG．1000和十六烷基溴化铵(CTAB)也可以用来作为外加剂合成双粒径分布的二氧化钛微球。通过研究外加剂对所制备二氧化钛球形颗粒粒径分布的影响，我们提出了一种形成这种双粒径分布的二氧化钛微球的可能机理。此研究为制备形貌和大小可控的二氧化钛光催化剂提供了可供参考的合成方法。基于模板诱导沉积和原位模板牺牲溶解的机理(即二氧化硅微球模板诱导Ti02纳米粒子在其表面沉积形成核壳结构，同时二氧化硅微球模板在原位被HF溶解导致空心结构的形成)，发展了一种在纯水中一步制备晶化二氧化钛空心微球的简单的模板法。此法以

4、二氧化硅微球作为模板，以四氟化钛作为前驱体，反应在600C下进行。二氧化钛空心球的壁厚及大小可以分别通过调节四氟化钛的浓度和二氧化硅微球模板的尺寸来控制。制备的二氧化钛空心球显示出分等级的多孔结构和高的光催化活性。这种分等级的微孔．介孔．大孔结构的二氧化钛空心微球在光催化，催化，太阳能电池，分离，净化处理等方面有着各种潜在的应用。这种Ti02空心微球的成功制备为其它空心结构材料的合成提供了新的思路，为模板法制备各种功能材料提供了更为广阔的视野。关键词：Ti02，光催化，球形，空心结构，分等级结构，多孑

5、LAbstract、矾ththeexcessexploitationofresourcesandseriouspollutionofnature,environmenthasbeendestroyedseriously．Itisurgenttodevelopfunctionalmaterialswhichcanuseenergysourceseffectively．Nano-scaletitaniumdioxideisthegreenfunctionalmaterialwhichcarlpunfyen

6、vironment．Titaniumdioxidehasbeenwidelyandintensivelyinvestigatedbecauseofitsvariousmerits，suchasopticalanddectronicproperties，strongoxidaZiIlgpower,no—selectivity,lowcost，hi曲砖otocatalyticactivity,chemicalstability,non-toxicityandlong-termphotostability．

7、Especially，porousTi02microspheresparticles(includingporoussolidspheresandhollowspheres)havereceivedmoreandmoreattentionduetotheirlargespecificsurfaceareaandhighporevolume．Inthisdissertation,valuableexplorationshavebeencarriedoutonthesynthesisofporousTi0

8、2microspheresphotocatalysts，andstudyoftheirproperties．Themainpointscouldbesummarizedasfollows：Bimodalsize-distributedmicroporoustitaniamierosphereswithasmallerdiameterof600—900瓣andalargerdiameterof2．0-2．5pmcouldbeeasilypreparedby