钴离子掺杂二氧化钛纳米管的制备及光催化性研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文钴离子掺杂二氧化钛纳米管的制备及光催化性研究姓名：刘志海申请学位级别：硕士专业：应用化学指导教师：李澄20070301南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文以钛酸丁酯为前驱体，通过溶胶-凝胶法制备了未掺杂和钴离子及铁、镍离子掺杂的二氧化钛纳米粉体。以此为原料，通过水热法制备了一系列的二氧化钛纳米管。用扫描电镜、透射电镜、粉末X射线衍射、能谱等手段对产物进行表征和分析，并在紫外光-罗丹明B溶液体系中研究其光催化性能。研究表明：所制得的不同晶型的二氧化钛纳米管，均为开口、中空管，管径均在35nm左右，管长

2、均在200~1000nm之间。随着作为原料的纳米粉体热处理温度升高，纳米管之间的团聚现象减少，分散性越来越好。水热法制备的二氧化钛纳米管与原始粉体相比，晶型未发生改变。镍离子的掺杂，使得二氧化钛纳米管晶型转变的温度升高。二氧化钛纳米管的光催化性优于原始纳米粉体。通过对钴离子掺杂的二氧化钛纳米管研究，发现钴离子的掺杂存在一个最佳掺杂量。高于或低于最佳掺杂量，光催化效率均下降。随着罗丹明B初始浓度的提高，纳米管对其光催化降解效率下降，且在体系中纳米管的加入量存在一个最佳值。钴离子掺杂的二氧化钛纳米管光催化降解罗丹明B反应为一级反应

3、，反应速率常数由钴离子的掺杂量决定，与罗丹明B的初始浓度和纳米管的加入量无关。铁、镍离子掺杂的二氧化钛纳米管的光催化降解罗丹明B反应亦为一级反应。铁系过渡金属离子掺杂的二氧化钛纳米管，光催化效率优于相同条件下制备的未掺杂二氧化钛纳米管。光催化效率由大到小排列顺序：2+3+2+Co>Fe>Ni>纯。关键词：水热法，钴离子掺杂，二氧化钛纳米管，光催化，反应速率i钴离子掺杂二氧化钛纳米管的制备及光催化性能研究AbstractInthisarticle,bothpureandFe,Co,NidopedTiO2nanopowderswe

4、refabricatedbysol-gelmethodusingtetrabutyltitanate(TBT)asprecursors.Thesepowderswereusedtopreparenanotubesbyhydrothermicprocess.ThepropertiesofproductswerecharacterizedbySEM,TEM,XRDandEDS.TheperformanceofTiO2nanotubespromotingphotodegradationofrhodamineBwasstudied.T

5、heresultsshowthatthediameterofnanotubeswasabout35nmwithalengthrangingfrom200nmto1000nm.Thehighertheheattreatmenttemperatureofrawnanopowder,thebetterwasthedispersedstateofTiO2nanotubes.Comparedwithnanopowderprecursors,thecrystalstructureofTiO2nanotubeskeepsunchanged.

6、ThetemperatureofcrystalstructuretransitionmayincreasebydopingFeandCo,butdecreasebydopingNi.Thephotocatalyticpropertiesofnanotubesarebetterthanthatofnanopowderprecursors.ThereisthemostappropriatedopingratioofCoforCo-dopedTiO2nanotubes.ThephotocatalyticabilityofCo-dop

7、edTiO2nanotubesfordegradationofrhodamineBwilldeterioratewhenthedopinglevelisbothhigherandlowerthanthebestvalue.ThephotocatalysisperformanceofnanotubeswilldescendwiththeincreasingoriginalconcentrationofrhodamineB.Therewasamostsuitableaddingamountofnanotubesinthesyste

8、m.ThephotocatalyticreactionofCo-dopedTiO2nanotubesfordegradationofrhodamineBisfirstorderreaction.RateconstantonlydependsondopingratioofCof