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TiO2基半导体纳米材料在光催化,光电转换等领域具有广泛的应用前景。介孔结构TiO2具有诸多优点,如规整的孔道结构、高的比表面积、孔径和孔道结构可调、高的光电转换性能等。目前对于介孔TiO2材料的研究大多集中于孔道微观结构的控制,而对于介孔TiO2结构热稳定性的研究还有限。片层状H2Ti4O9是一种带结晶水的特殊的TiO2材料,与介孔TiO2相似,其也具有高的比表面积,可作为催化剂和载体使用,其通常采用软化学法进行层间剥离制备,此制备过程往往比较费时,而且需要添加大量的有机物辅助层间剥离。以三嵌段共聚物F127(EO106PO70EO106)为模板剂,以Ti(OBun)4为前驱体,采用蒸发致自组装法和溶胶-凝胶法首次制备了大孔径(7.4nm)、厚孔壁(10-13nm),热稳定性高达600℃的介孔TiO2薄膜。模板剂F127具有的长亲水PEO嵌段和长疏水PPO嵌段是形成厚孔壁和大孔径介孔TiO2结构的前提;采用无水乙醇强酸性介质并且加入乙酰丙酮来控制前驱体的水解/缩聚过程有利于其水解形成体积较小的Ti-O低聚物;而控制薄膜的陈化条件,如相对湿度(45%RH)和陈化时间(24h)使得前驱体的水解产物Ti-O低聚物与F127胶束进行充分的组装,几种因素共同作用形成了厚壁的介孔TiO2结构,从而使得其具有高的热稳定性。首次系统研究了焙烧温度对介孔TiO2薄膜的结构、光催化及亲水性能的影响。450~600℃温度范围内制备介孔TiO2的孔径可保持在7nm以上,显示了TiO2介孔结构好的热稳定性,700℃时介孔结构塌陷。研究发现,焙烧过程中介孔TiO2框架结构是在系统动力学和热力学共同作用下,引起结构中晶粒的长大、重排及介孔框架结构的收缩,最后导致了介孔TiO2结构的塌陷。亲水性能测试表明,制备的介孔TiO2薄膜即使在无光照时也显示了较好的亲水性能,其与水的接触角最低可达22.25°,这源于介孔TiO2薄膜表面的粗糙度和由多孔结构引起的渗透效应或灯芯效应。光致性能实验表明,500℃制备的样品显示了最优的光催化和光致亲水性能,其接触角最小为9.5°,其具有的10.2nm的平均晶粒尺寸更有利于光生电子-空穴对的分离和传输。通过改变模板剂的添加量,而前驱体的质量不变,经500℃焙烧制备了孔径从5.4nm到9.1nm的介孔TiO2薄膜材料。具有9.1nm孔径的介孔TiO2是目前报道的可以稳定到500℃的具有最大孔径的介孔TiO2材料。当溶液中模板剂含量较高时,相对较少的Ti-O低聚物与F127胶束组装从而形成薄孔壁的介孔结构,相应的可以得到较大孔径的介孔TiO2薄膜,反之,则形成厚孔壁、小孔径的介孔TiO2结构,因而可以通过改变模板剂与前驱体的比例对介孔结构进行调控。光催化实验表明具有7.4nm和9.1nm孔径的介孔TiO2材料显示了高于商业P25 TiO2的光催化活性。以硫脲为掺杂源,首次制备了N、S共掺杂的介孔TiO2薄膜材料,提高了介孔TiO2的可见光吸收性能。研究发现添加的硫脲具有双重作用,一方面,硫脲反应产生的NH4+起到扩孔的作用,孔径最大可达到12.4nm;另一方面,实现了对介孔TiO2结构的N、S共掺杂。紫外-可见反射光谱表明,样品的吸收边最大可扩展至550nm左右,其禁带宽度降低到2.25eV。光催化降解甲基橙实验表明,制备的样品在紫外光区和可见光区的光催化性能均有明显的提高,某些样品显示了比商业P25 TiO2更高的光催化活性。以层状K2Ti4O9粉体为原料,首次采用机械球磨结合离子交换法制备了纳米片层状H2Ti4O9,其径向尺寸低于50nm,比表面积超过240 m2·g-1。球磨过程中磨球与罐壁对K2Ti4O9的高速碰撞和挤压作用使得其层状结构发生断裂、破碎并且层间结合变得松散,从而导致其在离子交换过程中容易发生层间剥离。通过TiO2纳米粉体和H2Ti4O9纳米晶片之间的静电相互作用制备了TiO2/H2Ti4O9的纳米复合材料。光催化降解甲基橙的实验表明,TiO2/H2Ti4O9复合材料的光催化活性高于商业P25 TiO2,而H2Ti4O9的光催化活性较低,这是由于TiO2与H2Ti4O9之间的复合避免了TiO2及H2Ti4O9在溶液中的团聚,从而显示了较高的光催化活性。