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由于其独特的光、电、磁等性质,一维半导体氧化物纳米结构如纳米管、纳米棒、纳米线和纳米纤维等材料是近年来科学研究的热门。其中,一维纳米光催化材料由于其具有小尺寸、大比表面积和优异的电子输运特性等优点而引起了光催化学者们浓厚的兴趣。在制备一维纳米材料的方法中,由于高压静电纺丝技术和水热技术的设备简单、操作容易以及高效等优点,因此倍受研究者们的青睐。本论文以静电纺丝技术为基础,结合溶胶-凝胶和水热技术,围绕着一维纳米结构半导体材料的构筑及光催化性能研究开展了以下四部分研究工作:
(1)以高分子聚丙烯氰和无机盐Bi(NO3)3为前驱体,采用静电纺丝技术制备了无机Bi2O3纳米纤维。结果表明Bi2O3纳米纤维的直径为70-100 nm,纳米纤维材料的煅烧温度对Bi2O3纳米纤维的光催化活性有很大影响。煅烧温度高,Bi2O3纳米纤维的比表面积降低,同时Bi2O3也会由四方相转化为单斜相,降低了光催化活性。研究表明,最佳煅烧温度为500℃。此外,因其具有独特的一维纳米网毡结构使得该类催化剂具有优良的可分离和重复使用性能。
(2)以高分子聚丙烯氰和无机盐BiCl3为前驱体,采用静电纺丝技术制备了无机BiOCl纳米纤维。结果表明500℃高温煅烧后,BiOCl纳米纤维的直径为80-140 nm,呈纯四方相,紫外光照射下降解罗丹明B表现出很好的催化活性。该纳米纤维同样具有优良的可分离和重复使用性能。
(3)以TiCl4为原料,借助油水界面,采用水热技术可控地制备了由金红石相TiO2纳米棒组装而成的超级结构,探讨了不同反应条件对产物形貌、结构及光催化性能的影响,并初步讨论了油水界面下的水热反应机理。结果表明金红石相TiO2纳米棒的生长与组装主要与反应体系的酸度及前驱体纳米粒子在油水界面下的吸附能力相关。光催化性能研究表明,样品的表面积越大,结晶质量越高,催化活性越好。
(4)采用两步合成法制备了TiO2/SnO2复合纳米纤维。结果表明,SnO2纳米结构可以在TiO2纳米纤维表面均匀生长,复合纤维具有比纯TiO2纤维更好的光催化性能。其中,SnO2纳米棒修饰的TiO2纳米纤维活性优于SnO2纳米粒子修饰的TiO2纳米纤维。