TiO_2纳米材料的制备、改性及其光催化性能研究

【摘要】近年来随着纺织工业的发展和个人护理用品、杀虫剂、表面活性剂、药物等的滥用，大量的废水被排放到河流中，对人类的生存造成了严重的威胁。通常废水的处理方法包括物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法。半导体光催化技术处理废水是近年来兴起的新的废水处理方法，其基本原理是用半导体作光催化材料,当用具有一定能量的光线照射时，光敏半导体材料被光激发出电子-空穴对，而吸附在半导体表面的水以及污染物的分子接受光生电子-空穴对，从而发生一系列的氧化还原反应，使有毒、有色的污染物降解为无毒或者毒性较小的物质的一种处理方法。在众多的催化剂中，TiO2因其化学稳定性高、耐光腐蚀、氧化能力强、光催化反应驱动力大、光催化活性高，可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，加之无毒、成本低，所以TiO2的光催化研究最为活跃。但TiO2较大的禁带宽度和较高电子空穴复合几率限制了其的光催化效率。要克服这些缺点需要对TiO2纳米材料进行改性。围绕该方向，我们的主要开展了以下工作：（1）采用阳极氧化法在水和丙三醇的混合电解液中制备出了排列有序的TiO2纳米管阵列，考察了不同的制备参数（电解液组成、阳极氧化时间和阳极氧化电压）对TiO2纳米管阵列形貌的影响。对于制备过程中形成的竹节状TiO2纳米管阵列，通过考察不同制备参数对竹节形貌的影响，提出了竹节状TiO2纳米管阵列的形成机理。对于在不同的阳极氧化时间和阳极氧化电压下制备出的不同管长和管径的TiO2纳米管阵列，通过光催化降解茜素红的实验考察了不同形貌TiO2纳米管阵列的光催化性能，并通过不同的热处理条件，考察了不同晶型TiO2纳米管阵列的光催化性能。（2）利用电化学沉积法制备出了Zr掺杂TiO2纳米管阵列。通过考察不同沉积电压和电解液浓度找出最优的沉积条件；通过UV-Vis漫反射光谱考察了Zr掺杂TiO2纳米管阵列的光吸收性能；通过在紫外光下光催化降解茜素红溶液考察了Zr掺杂TiO2纳米管阵列的光催化性能。（3）对TiO2纳米管阵列进行半导体复合，通过热处理法和连续化学沉积法制备出TiO2/ZnO/CdS纳米复合材料。通过考察不同沉积次数找出最优的复合层数；通过UV-Vis漫反射光谱考察了纳米复合材料的光吸收性能；通过在紫外光下光催化降解茜素红溶液考察了纳米复合材料的光催化性能。（4）通过两相水热合成法制备出直径在5nm左右、具有荧光性能的TiO2纳米颗粒。在此基础上，在C纳米颗粒的溶液中制备出碳杂化的TiO2纳米颗粒。通过UV-Vis吸收光谱考察了C-TiO2纳米颗粒的光吸收性能；通过荧光光谱考察了C-TiO2纳米颗粒的光致发光性能；通过X-射线光电子能谱考察了C-TiO2纳米颗粒的表面元素种类、化学状态和电荷分布；通过在紫外光下光催化降解亚甲基蓝溶液考察了C-TiO2纳米颗粒的光催化性能。C-TiO2的X-射线光电子能谱和荧光光谱表明，与TiO2纳米颗粒相比，碳与TiO2之间有电子相互作用，这一特性导致了C-TiO2纳米复合材料在光催化降解亚甲基蓝的过程中催化活性的显著提高。（5）将两种带不同配体的Ru纳米颗粒通过两相水热合成法与TiO2纳米颗粒反应，得到Ru-TiO2纳米颗粒。通过UV-Vis吸收光谱考察了Ru-TiO2纳米颗粒的光吸收性能；通过X-射线光电子能谱考察了Ru-TiO2纳米颗粒的表面元素种类、化学状态和电荷分布；通过在紫外光下光催化降解亚甲基蓝溶液考察了Ru-TiO2纳米颗粒的光催化性能。（6）将前面制备的TiO2纳米颗粒与HAuCl4进行水热合成反应，然后用抗坏血酸还原，得到Au-TiO2纳米复合材料。通过调节HAuCl4的量得到不同Au负载量的Au-TiO2纳米复合材料；通过X射线光电子能谱计算得到每个样品的Au含量；通过循环伏安法对Au-TiO2纳米复合材料在氧还原反应中的电催化活性进行了测试；通过在紫外光下光催化降解亚甲基蓝溶液考察了Au-TiO2纳米复合材料的光催化性能。（7）通过水热法制备出TiO2纳米薄片。将得到的纳米薄片用NaOH溶液进行清洗，通过清洗前后TiO2纳米薄片在紫外光下对甲基橙溶液、亚甲基蓝溶液、罗丹明溶液和甲基紫溶液的光催化降解情况，比较了表面含F与无F的TiO2纳米薄片对不同染料的光催化活性。
【作者】林婵；
【导师】曹立新；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋化学工程与技术，2014，博士
【关键词】二氧化钛纳米材料；阳极氧化法；水热法；改性；光催化；

【参考文献】
[1]邓诗桦.活化蛋白C在宫内炎性暴露后脑白质损伤中的作用及机制研究[D].华中科技大学,儿科学,2013,硕士.
[2]汪洋,林闯,李泉林,王竞奇,姜欣.基于非合作博弈的无线网络路由机制研究[J].计算机学报,2009,01:54-68.
[3]周光斌.法国的三网融合之道[J].中国电信业.2006(10)
[4]郭梦菲.肌钙蛋白对急性肺栓塞预后预测价值的Meta分析[D].华中科技大学,内科学,2013,硕士.
[5]胡于进,周小玲,凌玲,王学林.基于向量空间模型的贝叶斯文本分类方法[J].计算机与数字工程,2004,06:28-30+77.
[6]杨勇.番木瓜三种RNA病毒外壳蛋白抗血清制备及应用[D].海南大学,农业生物技术,2014,硕士.
[7]刘燕双.论驰名商标的认定与淡化[D].西南政法大学,知识产权法学（专业学位）,2012,硕士.
[8]蔡丹.中国研究型大学教师压力研究[D].华中科技大学,高等教育学,2013,硕士.
[9]李慧,成德安,金婧.网格层析成像速度建模方法与应用[J].石油地球物理勘探,2013,S1:12-16+202+4.
[10]边志勇,贾绍凤.“蓄水灌溉”已不宜作为白洋淀的管理利用原则[J].科技导报.2008(06)
[11]曹文利.白芍总苷基于代谢组学的保肝机理及体内代谢研究[D].河北医科大学,中药学,2014,硕士.
[12]宋爽.稀土—羧基苯磺酸及铅与3-氟邻苯二甲酸配合物的结构与发光[D].首都师范大学,分析化学,2014,硕士.
[13]陈巧利.中药水煎液中游离态铁离子的测定方法研究及其应用[D].西北大学,中药学,2014,硕士.
[14]陈默.大学英语专业二年级学生写作课衔接教学研究[D].燕山大学,英语语言文学,2014,硕士.
[15]冯刚.面向云计算平台的虚拟机故障注入工具研究与设计[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2013,硕士.
[16]石文荣,邹鹏,杨书华,黄德欢.一种石墨烯制备方法[J].兵器材料科学与工程,2013,06:101-103.
[17]刘园慧.河北省上市公司内部控制有效性评价研究[D].燕山大学,会计学,2013,硕士.
[18]王智慧.出口信用保险对我国出口贸易影响的实证分析[D].北京工商大学,保险学,2012,硕士.
[19]林玲.《侵权责任法》第35条论雇主替代责任制度[D].苏州大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[20]慕小斌,王久和,孙凯.非正弦不平衡电流全参量的检测方法[J].电力系统自动化,2014,13:160-165+181.
[21]魏鹏飞.复杂网络群的自适应同步研究[D].北方工业大学,应用数学,2014,硕士.
[22]张文明.九十年代以来中国大陆青春电影的审美流变研究[D].浙江大学,广播电视艺术,2013,硕士.
[23]周君君.人脐带间充质干细胞对C57BL/小鼠放射性肺损伤影响的实验研究[D].泰山医学院,肿瘤学,2012,硕士.
[24]张茜.电影营销为中国品牌国际化带来的新机遇[D].内蒙古师范大学,设计艺术学,2012,硕士.
[25]唐鹏.建筑智能化系统工程设计造价及投标流程研究与实现[D].厦门大学,系统工程,2014,硕士.
[26]雷楚.基于ARP协议的网络信息过滤系统[D].浙江工业大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[27]白晓雷.基于信息抽取的语义框架填充技术研究[D].河南科技大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[28]李欧.盐酸多西环素牙周缓释制剂的研究[D].湖北中医药大学,药物分析学,2013,硕士.
[29]彭博.解放战争时期《东北日报》副刊研究[D].沈阳师范大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[30]肖伟.数据挖掘在网络故障诊断中的应用[D].南京理工大学,2004.
[31]臧小东.Ad Hoc网络路由协议的改进研究[D].南京邮电大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[32]郭红启,林明强,陆昌平,杨飚.民和盆地黄土塬区地震采集技术[J].石油地球物理勘探,2008,S1:1-4+195+5.
[33]王婧韫,宋慧利,王正斌,刘淑,金振华.东濮凹陷断裂体系及其意义[J].石油地球物理勘探,2004,06:724-729+626-627+751.
[34]赵刚.南京市小学生体操类基础动作技能发展水平与评价研究[D].南京师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[35]殷莹海.基于计算机视觉的图像反求技术[D].燕山大学,机械制造及其自动化,2004,硕士.
[36]黎丹.日本7—11的共同商品开发研究[D].吉林大学,企业管理,2004,硕士.
[37]黄向东.cNO期PTC淋巴结隐匿转移因素分析及颈中央区清扫的意义[D].大连医科大学,外科学,2012,硕士.
[38]张鲁兵.基于粒子群算法的精炼炉供电曲线的多目标优化[D].东北大学,控制理论与控制工程,2010,硕士.
[39]毕鹏宇.纺织品负离子特性及测试系统研究[D].东华大学,2007.
[40]林天星.促进我国收入分配合理化的财税政策研究[D].首都经济贸易大学,财政学,2014,硕士.
[41]王博.PI3K抑制剂LY294002诱导卵巢癌SKOV-3细胞凋亡机制的研究[D].遵义医学院,病理学与病理生理学,2013,硕士.
[42]周新,钱乐秋.光学文字识别系统[J].自动化学报,1979,01:30-38.
[43]任礼斌.小波分析在基于内容的图像检索中的应用研究[D].沈阳工业大学,计算机应用技术,2003,硕士.
[44]那威.刑事附带民事赔偿与刑罚裁量关系论[D].大连海事大学,法律,2012,硕士.
[45]张海滨.农业政策性金融对农产品加工企业的金融支持问题研究[D].安徽大学,工商管理,2012,硕士.
[46]李俊峰.农业机械事故处理关键问题研究[D].南京农业大学,机械工程,2013,硕士.
[47]陆阳.基于Android的智能家具系统设计与实现[D].太原科技大学,系统工程,2014,硕士.
[48]杨滨瑞.地铁车辆火灾报警及灭火联动控制系统的研究[D].北京交通大学,2014.
[49]杨文涛.微凝胶模板法制备碳酸钙多级结构及其矿化机理研究[D].浙江理工大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[50]吴焕.碟形弹簧隔振装置研究[D].扬州大学,机械设计及理论,2012,硕士.