煅烧温度对二氧化钛纳米管阵列形貌和光催化性能的影响

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1、摘要环境与能源是2l世纪人类面临和有待解决的两大重要问题，而直接利用太阳能作为光源，成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。自1972年，Fujishima和Honda在Ti02电极上发现水的光催化分解作用以来，二氧化钛及其他半导体光催化材料由于在各种传感器、太阳能电池、光催化降解污染物等环境领域具有广泛的潜在应用前景而被人们深入研究。其中，二氧化钛由于其具有生物和化学惰性、氧化能力强、抗光、化学腐蚀能力强以及较低的生产成本等优点而被广泛用作光催化反应的催化剂。然而，由于二氧化钛光催化材料的太阳能利用率低，使其光催化活性在实

2、际应用上需要得到进一步的提高，当前高活性纳米Ti02光催化材料的制备和Ti02光催化剂的固载等问题仍然值得优先考虑。本论文从阳极氧化Ti02纳米管阵列以及Bi—Ti02复合空心微球光催化材料的制备两个方面进行了有益的探索，所取得的成果如下：以氟化铵和异丙醇的混合水溶液为电解质，通过电化学阳极氧化纯钛片制备出高度有序的Ti02纳米管阵列，并在不同温度下进行煅烧处理。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对所制备的样品进行了表征分析。二氧化钛的光催化活性是通过在氙灯照射下光催化降解有机污染物甲基橙溶液来检测的。在氙灯照射下，二氧化

3、钛表面产生的羟基自由基以对苯二甲酸为分子探针通过荧光技术进行了检测。瞬时光电流是通过几次循环开关氙灯激发产生并通过电化学工作站检测到。结果表明，低温煅烧对Ti02纳米管阵列的表面形貌与结构基本没有影响，制备的样品的稳定性能达到6000C。在8000C时，纳米管阵列完全坍塌，并形成致密的金红石相结构。随着煅烧温度的升高(300．6000C)，Ti02纳米管阵列的晶化增强，其光催化活性、羟基自由基的产生速率和光电流大小都随之增加。当煅烧温度达到6000C时，样品具有最好的光催化活性，这是由于其拥有多相结构、较好的晶化程度和稳定的管状结构。

4、进一步将煅烧温度从6000C提高到8000C时，样品的光催化活性迅速降低，这是由于其锐钛矿相的消失、纳米管状结构的坍塌和表面积的减少引起的。通过搅拌蒸干煅烧的方法，制备了Bi．Ti02复合空心微球半导体光催化材料。实验结果表明，Bi．Ti02复合空心微球样品在420nm以上的可见光光照条件下具有很高的可见光光催化活性。当铋和钛的原子比(足Bj)为0．5时，所制备的复合半导体光催化剂具有最高的可见光光催化活性。关键词：二氧化钛纳米管阵列，煅烧温度，光催化活性，羟基自由基，光电流AbstractIn21stcentury,environm

5、entandenergyaretwoimportantissuestothehumanity,andusingsolarenergydirectlyaslightsourcebecomesanidealtechnologyofenvironmentalpollutionimprovementandcleanenergyproduction．Inrecentyears，titaniumdioxideandothersemiconductorphotocatalyticmaterialshavebeenintensivelyinvesti

6、gatedfortheirwidepotentialapplicationinenvironmentfieldsuchassensors，solarcellsandphotocatalyticdegradationofpollutionsinceFujishimaandHondadiscoveredthephotocatalyticsplittingofwateronTi02electrodesin1972．Amongvariousoxidesemiconductorphotocatalysts，titaniahasbeenprove

7、dtobethemostsuitablephotocatalystforitsbiologicalandchemicalinertness，nontoxicity,costeffectivenessandstrongoxidizingpower．AlthoughTi02photocatalyticmaterialhasalowefficientutilizationofsolarenergy,thepreparationofphotocatalystwithhighphotocatalyticactivity,theimmobiliz

8、ationofpowderphotocatalyst，andtheimprovementofphotocatalystperformanceareprioritiestobeconsidered．Herein，valua