tio2纳米管的制备及应用研究进展论文

《tio2纳米管的制备及应用研究进展论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、TiO2纳米管的制备及应用研究进展毕业论文目录摘要1Abstract2前言3第一章TiO2纳米管的概况41.1TiO2纳米管的晶型和形貌41.2TiO2纳米管的化学组成5第二章TiO2纳米管的制备及改性方法62.1模板法62.2阳极氧化法62.3水热合成法72.4浓碱处理法82.5TiO2纳米管的改性方法82.5.1非金属掺杂92.5.2金属掺杂92.5.3半导体复合10第三章TiO2纳米管的应用领域113.1降解污染物113.2染料敏化太阳能电池123.3光解水制氢133.4气敏传感器材料133.5其他方面应用14第四章TiO2纳米管发展趋势及应用的展望15

2、参考文献17致谢2018第一章TiO2纳米管的概况1.1TiO2纳米管的晶型和形貌TiO2有三种晶体结构[1,6]，金红石、板钛矿和锐钛矿（如图1-1所示）。这些结构的共同点是其组成结构的基本单位是TiO6八面体，区别在于它们是由TiO6八面体通过共用顶点还是共边组成骨架。锐钛矿结构是由TiO6八面体共边组成，而金红石和板钛矿是由TiO6八面体共顶点且共边组成。金红石板钛矿锐钛矿图1-1二氧化钛的三种晶体结构Graham等[7]用水热法合成的TiO2纳米管的晶型为TiO2-B，具有单斜结构的TiO2是以TiO6八面体为基础通过共用边和共顶点形成的多晶，不同于锐

3、钛矿相、金红石相和板钛矿相，密度比上述三种晶型都稍低。但其XRD结果表明，TiO2_B的结构中仍有痕量的锐钛矿相。梁建等[8]用水热法合成，控制温度130℃，晶化时间2~3h，成功制备了多层的锐钛矿和金红石混晶的TiO2纳米管。王保玉等[9]研究发现，TiO2纳米管为多层管，每个单层相当于一个氧化钛分子的厚度，层与层之间不存在化学键，Ti在纳米管中的配位和八面体结构未达到饱和，拉曼光谱表明，TiO2纳米管以无定型的形态存在。Tomoko等[10]用10mol/L的NaOH溶液水热条件下110℃处理20h，得到具有针状结构的纳米管，晶型为锐钛矿型。可见TiO2纳

4、米管的晶型，随着水热处理的温度和时间变化而有所不同。王保玉等[9]以TiO2为原料制备成TiO2纳米管，通过不同温度焙烧得到不同的样品，用SEM、XRD等手段详细地研究了温度对晶型比表面积的影响。在300℃和400℃焙烧存在着两次比表面积的突降，用浓碱处理法合成的纳米管在40018℃时，比表面积降到很小，管的结构被严重破坏。用浓碱处理法合成的TiO2纳米管是无定型的，而模板法制备的纳米管为锐钛矿型。这可能是因为浓碱处理法制备的纳米管为多层，层与层之间不能形成三维空间的点阵结构。而王芹等[11]研究则发现钛纳米管经过400℃热处理后能保持其纳米管的形貌，600℃

5、有纳米管间烧结的现象，800℃时管的形状被完全破坏。可见合成方法不同，氧化钛纳米管的热稳定性也有很大的差异。TiO2纳米管的特征:(1)大多数纳米管是非对称的；(2)大部分纳米管是卷曲型的；(3)几乎所有的纳米管是顶端开口或是两端开口的；(4)所有纳米管为多层纳米管。在水热处理的过程中，除了生成纳米管本身的一级结构外，还存在纳米管之间的聚集，因而产生了TiO2纳米管的二级结构。Bavykin等[12]研究发现，纳米管的二级结构取决于前驱体TiO2的量和所用NaOH的体积，其比例越小，生成的TiO2纳米管越倾向聚集成球状。这可能是由于在水热条件下生成纳米管的过程

6、是一个比较缓慢的过程，影响因素较复杂。1.2TiO2纳米管的化学组成人们对TiO2纳米管本身的化学组成存在不同看法，比如：到底是二氧化钛、钛酸盐还是钛酸？近年来大家对这些方面都进行了一些探讨，彭练矛等对此做出了一系列工作[13,14,15]，他们通过用HCl溶液处理和不用HCl溶液处理的纳米管的对比发现，酸处理并没有促进纳米管的生成，而是在纳米管中引入更多的缺陷。用XRD和能量损失谱研究孤立纳米管的成分，发现氧和钛的原子比为不定值，化学分析和红外光谱表明材料中含有成键的氢，这也就是说目前所认为的TiO2纳米管都是由钛酸盐或钛酸组成。王芹等[11]将酸性溶液处理

7、所得的H2TiO3纳米管于400℃热处理，失水而成锐钛矿型氧化钛，并能保持其纳米管形貌显示出纳米管具有较好的热稳定性，这一观点与Wang等[16]一致。兰英等[17]以金红石相TiO2为原料，将所制得的质子钛酸盐纳米管于500℃煅烧后，该纳米管逐渐转变为锐钛矿相四方结构的纳米柱。Yang等[18]认为以锐钛矿为原料所得的纳米管Na2Ti2O4(OH)2和H2Ti2O4(OH)2均为单斜晶系。18第二章TiO2纳米管的制备及改性方法2.1模板法模板合成法[19,20]是把纳米结构基元组装到模板孔洞中而形成纳米管或纳米丝的方法，如图2-1所示。通过合成适宜尺寸和结

8、构的模板为主体，利用物理或化学方法向其