静电纺丝制备二氧化钛基复合纳米材料及其光催化性质研究

【摘要】静电纺丝技术作为一种简易、高效的制备纳米材料的方法,广泛用于制备纳米线、纳米管、纳米带等纳米结构材料。二氧化钛(Ti02)作为一种半导体光催化剂,在解决环境问题、开发利用新能源方面具有潜在应用。利用静电纺丝技术制备的二氧化钛基复合纳米光催化材料因其优异的性能被广泛应用于环境、能源等问题。本论文利用静电纺丝技术制备TiO2纳米线和纳米管光催化材料,将这两种纳米材料分别与氧化镍(NiO)、石墨烯(Graphene)复合制备复合纳米光催化剂,研究了复合光催化剂在紫外、可见光下光催化分解罗丹明B(RhB)的效率,并对其光催化机理进行分析和讨论。本文的主要研究内容有：1、利用静电纺丝技术制备TiO2纳米线和纳米管光催化材料并研究其光催化性质。以钛酸四丁酯作为钛源,聚乙烯吡咯烷酮作为粘结剂,无水乙醇、N,N二甲基甲酰胺作为溶剂,配制的前驱物溶液静电纺丝得到Ti02纳米线。在Ti02纳米线的前驱物溶液中加入矿物油,高温静电纺丝得到TiO2纳米管。制备的TiO2纳米线表面光滑,直径分布比较均匀,具有较高的长径比；制备的Ti02纳米管具有多孔管状结构,且由TiO2纳米颗粒组成。所得Ti02纳米材料为锐钛矿相结构,具有较高的比表面积。在紫外光下光催化降解罗丹明B,表现出好的光催化活性。相比于Ti02纳米线,具有多孔管状结构和更高的比表面积的Ti02纳米管表现出更好的光催化性质。2、基于静电纺丝制备的Ti02纳米线和纳米管,再通过一步溶液法制备NiO/TiO2P-N结复合纳米光催化剂。控制溶液的质量分数,制备出不同NiO含量的NiO/TiO2P-N结复合纳米材料。研究了不同NiO含量的NiO/TiO2P-N结复合纳米材料在紫外光下的光催化活性。当溶液质量分数为1.5%时,制备的NiO/TiO2P-N结复合纳米光催化剂具有最好的光催化效果。通过分析NiO含量对复合纳米材料光催化活性的影响,研究了NiO/TiO2P-N结复合纳米材料的光催化机理。随着NiO含量的增加,复合纳米光催化剂中锐钛矿相和金红石相的比例发生变化。NiO和TiO2形成的异质结结构,TiO2锐钛矿相和金红石形成的同质结结构,同时作用有效抑制了光生电子空穴的复合,共同提高了NiO/TiO2P-N结复合材料光催化剂的催化效率。3、基于静电纺丝制备的TiO2纳米线和纳米管,结合Hummers法和水热法制备出石墨烯-二氧化钛纳米纤维(GR-TiO2NFs)和石墨烯-二氧化钛纳米管(GR-TiO2NTs)复合纳米光催化剂,统称为石墨烯-二氧化钛(GR-TiO2)复合纳米材料。GR-TiO2复合纳米材料对光的响应拓展至可见光区。相比于TiO2纳米材料,复合纳米材料在可见光下的光催化效果明显增强。研究了水热时间对复合纳米材料光催化效果的影响,发现水热时间为3h时可以获得光催化活性最高的GR-TiO2复合纳米光催化剂,而且GR-TiO2NTs样品的光催化活性比GR-TiO2NFs样品更高,这主要源于GR-TiO2NTs样品高的比表面积和限光效应。讨论了GR-TiO2复合纳米光催化剂的光催化机理。本论文通过分析半导体光催化剂TiO2存在的问题,有针对性的提出了(1)制备NiO/TiO2P-N结复合纳米材料抑制光生电子空穴对复合；(2)制备GR-TiO2复合纳米材料将Ti02对光的响应拓展至可见光区,这两种方式来提高TiO2光催化剂的催化效率。结合实验结果讨论了不同结构的光催化剂的光催化机理。
【作者】李育仁；
【导师】兰伟；
【作者基本信息】兰州大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】静电纺丝；复合纳米材料；NiO/TiO2；石墨烯-TiO2；光催化特性；

【参考文献】
[1]闻亚,徐心怡,聂晶,李祖光,吴先伟,邓丰涛.超声辅助-表面活性剂增强乳化微萃取-气相色谱-质谱法测定薄荷芳香水中的挥发性成分[J].理化检验(化学分册),2014,09:1065-1069.
[2]张梦远.野生达乌尔黄鼠附睾形态学季节性变化及血小板源生长因子免疫活性的变化[D].北京林业大学,野生动植物保护与利用,2013,硕士.
[3]刘瑞娜.基于投诉业务流的KPI设计与应用[D].北京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[4]吕小东.土默川平原国外苜蓿引种品比研究[D].内蒙古农业大学,草业科学,2013,硕士.
[5]林碧凤.泉州贵格纸业有限公司竞争战略研究[D].华侨大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[6]张春伟.基于Logistic模型的房地产企业信用评级研究[D].天津财经大学,统计学,2012,硕士.
[7]黎伟麟.乡镇土地编制规划信息系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[8]孙亚林.基于INTRANET的税收征管流程再造[J].中国软科学,2002,10:65-67.
[9]赵业清,毕贵红,朱道飞.基于Petri网的钢铁生产复杂物流系统建模[J].冶金自动化,2012,06:48-53+62.
[10]范承亮.显微组织和间隙元素对近α钛合金低温塑韧性的影响[D].西安建筑科技大学,材料加工工程,2004,硕士.
[11]郑应平.全国控制理论及其应用学术交流会在昆明举行[J].自动化学报,1984,02:191.
[12]徐云云.IK6基因特异性ShRNA慢病毒载体的构建与鉴定[D].华中科技大学,儿科,2013,硕士.
[13]陈文妹.固态与水灌注导管高分辨率食管测压系统一致性的研究[D].华中科技大学,消化内科,2013,硕士.
[14]郭庆鼎,唐光谱.基于解耦控制的同步传动技术的应用研究[J].控制与决策,2001,01:72-75.
[15]赵青秀.民众内约束力影响因素研究[D].南昌大学,应用心理学,2012,硕士.
[16]鲍丽丽.填入式街坊建筑之建造体系再探[D].南京大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[17]仲钊群.多物理特性的局部CPG网络自生长模型研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[18]杨华.铁路大型客站站房空间环境安全设计策略研究[D].西南交通大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[19]赵瑞一.不同程度石漠化下洞穴滴水δ~(13)C_(DIC)变化特征及影响因素[D].西南大学,自然地理学,2013,硕士.
[20]罗敏.基于伪微分次变量的无刷直流电机控制系统实现[D].西南交通大学,机械工程,2013,硕士.
[21]郑冰娜,高超.石墨烯-碳纳米管宏观组装复合纤维的制备及其电化学性能研究[J].高分子通报,2013,10:171-178.
[22]华凌.热氧化法可提升对石墨烯光电性能的调控[N].科技日报,2012-02-21002.
[23]郭贵堂.直接序列扩展频谱系统设计[J].电讯技术.1990(03)
[24]林美珍.文物古迹保护与开发的博弈分析[D].华侨大学,旅游管理,2004,硕士.
[25]周艳杰.泰特勒翻译三原则在英汉翻译中的应用[D].北京交通大学,2014.
[26]郑瓛.大河沿梯级水电站AGC系统开发与研究[D].华中科技大学,水利水电工程,2013,硕士.
[27]李青.《洪堡的礼物》中的异化主题研究[D].曲阜师范大学,英语语言文学,2013,硕士.
[28]田隽,钱建生,李世银.基于分层转移的粒子滤波MCMC重采样算法[J].控制与决策,2011,08:1253-1258.
[29]亚历山大.中国飞速发展的奢侈品市场之挑战[D].浙江大学,中国学,2012,硕士.
[30]陈义.网上银行的银行与客户关系的研究[D].对外经济贸易大学,2001.
[31]颜承恩.芴类荧光染料掺杂DNA-CTMA薄膜的ASE及SERS特性研究[D].宁波大学,光学,2013,硕士.
[32]陈胜交.绿色阻燃材料的催化成炭行为研究[D].湖南师范大学,应用化学,2014,硕士.
[33]张美杰.舒伯特《即兴曲Op.142》创作特点与演奏分析[D].青岛大学,钢琴演奏与教学,2013,硕士.
[34]孙燕.面向冗余的分布式系统可靠性的设计与实现[D].河北大学,计算机应用,2003,硕士.
[35]王任刚.论我国民事再审制度[D].吉林大学,民商法学,2004,硕士.
[36]杨文静.建国后景德镇陶瓷装饰绘画特征及其演变规律研究[D].景德镇陶瓷学院,美术学,2014,硕士.
[37]许昕.血清癌胚抗原、糖类抗原19-9与结直肠癌预后的相关性分析[D].大连医科大学,肿瘤学,2012,硕士.
[38]李华.怎样才能让客户更满意[N].经济日报,2001-12-06015.
[39]胥弢.我国文化新闻报道的现状及发展策略研究[D].渤海大学,新闻学,2013,硕士.
[40]余周麟.名家美术馆与博物馆叙事研究[D].中央美术学院,美术学,2013,硕士.
[41]宋红印.基于DEA的中国节能减排视在潜力分析方法研究[D].浙江大学,2013.
[42]林皓.聚木糖酶在盐土三倍体毛白杨制浆中的应用研究[D].天津科技大学,制浆造纸工程,2004,硕士.
[43]刘伦.基于城市CA模型的产业转型期沛县城市空间演变研究[D].清华大学,城乡规划学,2013,硕士.
[44]武玲珍.基于土壤重金属的城市土壤环境质量评价研究[D].西南大学,自然地理学,2013,硕士.
[45]斯琴格日乐.内蒙古半农半牧区经济发展对策研究[D].内蒙古师范大学,科学社会主义与国际共产主义运动,2012,硕士.
[46]杨朝霞.紫甘薯花色苷色素提取纯化工艺研究及组分分析[D].青岛大学,应用化学,2004,硕士.
[47]刘少丽.JF化工企业文化的现状、问题及对策建议[D].宁夏大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[48]丽美.从民俗学角度探索科尔沁史诗[D].内蒙古师范大学,中国少数民族语言文学,2013,硕士.
[49]耿霞.中国货币政策的利率传导效力研究[D].华东师范大学,金融学,2013,硕士.
[50]荣赶丁.Cantor序列及其差分序列的Hankel行列式[D].华中科技大学,基础数学,2013,硕士.