基于二氧化钛纳米管阵列的新功能纳米材料制备与应用研究

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1、学校代号：10532学号：T08111002密级：湖南大学博士学位论文基于二氧化钛纳米管阵列的新功能纳米材料制备与应用研究·PreparationandApplicationofFunctionalNanomaterialsbasedonTi02nanotubearraysByKANGQingB．E．fflnnanNormalUniversity)2006AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofAnalyticalChemistryintheGraduateScho

2、olofHunanUniversitySupervisorsProfessorCaiQingyunMay,2011Ⅲ4舢4Ⅲ7Ⅲ8㈣0川9Ⅲ川j●lⅢY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：瘅瞻日期：2011年05月夕矿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

3、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、保密口，在⋯～年解密后适用本授权书。2、不保密a。(请在以上相应方框内打“v”)作者签名：●?’导师签名：圜日期：2011年05月勿日日期：2011年05月30日博十学位论文摘随着我国经济的高速发展，环境污染，能源短缺，人民生理健康问题日趋严重。本论文以有机污染物的快速筛查及去除为目标，以提高二氧化钛纳米管阵列的光／电催化活性为研究重点，开展了二氧化钛基复

4、合纳米功能材料应用于生物传感和有机污染物去除领域的基础研究。Ti02纳米管阵列具有表面形貌均一、孔径长度可调、高度取向、以及独特的电学、光学特性，自2001年被首次阳极氧化法制备以来，引起极大的研究兴趣。已有研究表明Ti02纳米管阵列材料在光催化及传感领域具有广泛的应用前景。然而Ti02半导体材料禁带宽度较高(锐钛矿型Eg=3．2eV，金红石型Eg=3．0eV)，只对紫外光有吸收，限制了其对太阳光的有效利用。另外Ti02半导体材料导电率低，不能有效传递光生载流子，使得光生电子容易与光生空穴复合，降低了其光电转化效率。本论文针对以上问题开展研究，通过对Ti02纳米管阵列材料

5、进行掺杂和修饰以提高对太阳光的利用率和光电转化效率，开展了Ti02基复合纳米功能材料的构效关系，及在传感和有机污染物去除中的应用的研究。具体研究内容如下：针对目前能源紧缺问题，我们开展了光解水制氢中提高光催化效率的研究以及Ti02纳米管阵列的光敏化研究。Ti02半导体材料中存在大量的缺陷，光生电子．空穴复合损失在碱性溶液中较明显。加入电子供体可以消耗光生空穴，降低空穴．电子的复合。我们研究了电子供体类型与催化效率的关系。在所研究的三种电子供体(丙酮、甲醇和乙醚)中，乙醚表现出最强的施电子能力。在3％的乙醚碱液中Ti02纳米管阵列材料的光电流密度增强了8．8倍。有机金属配合

6、物在可见光区有很高的吸收系数，具有光敏化纳米半导体材料作用。我们通过自组装方式将有机金属配合物M(bpy)2(FcphS03)2(M=Cu2+，Cd“，Zn2+)修饰于Ti02纳米管阵列材料上，所得复合材料对可见光有很好的吸收。贵金属Au、Pt的工作函比Ti02半导体的工作函高，光生电子从Ti02迁移到邻近金属纳米颗粒上，导致在每个金属纳米颗粒与Ti02纳米管接触面区域形成肖特基势垒。肖特基势垒起到了有效的“电子陷阱"作用，避免了光生电子与空穴的复合，从而提高电极材料的光电催化活性。同时贵金属材料优良的导电性能有利于电子传导。我们采用电沉积技术，成功地在Ti02纳米管上修

7、饰贵金属(Au、Pt)纳米颗粒；Au、Pt纳米颗粒极大地促进了Ti02纳米材料的光电催化活性，纳米Au修饰的Ti02纳米管对甲基橙(MO)和三硝基酚(TNP)的光电降解效果分别提高1．5和1．2Ⅱ有线性响应，检测下限为0．1raM。从能带匹配原则出发，选择适当的窄带半导体材料与Ti02纳米管阵列组成复合材料。当所选窄带半导体材料的导带更负于Ti02导带时，光生电子较易从窄带半导体的导带转移至Ti02导带，同时光生空穴在窄带半导体的价带处聚集，形成空穴中心进一步增强氧化作用。因此，修饰窄带半导体材料不仅可以提高复合材料对可见光的