论文部分内容阅读
二氧化钛纳米材料具有优异的性能，在光催化降解环境污染物，光解水制氢，染料敏化太阳能电池等方面具有重要的应用。微纳结构TiO2可进一步优化其光化学性能，引起了众多科学家广泛的关注。发展新的合成方法，探索TiO2微纳结构的生长机制，实现特定形貌和物相的TiO2纳米结构可控构筑，揭示结构与性能的关系，对于实际应用具有重要意义，也是当前纳米材料科学研究的前沿和热点。本文以TiN等为前驱钛源，采用水热/溶剂热法和溶胶凝胶方法制备TiO2纳米结构材料，分析TiO2微纳结构形成的热力学和动力学条件，揭示生长规律和机理，研究在光催化和染料敏化太阳能方面的应用。 发展了一种自掺杂新方法，实现了氮掺杂TiO2纳米棒可控制备，发现纳米棒在可见光到近红外的光吸收随着氮掺杂量的增加而增强，光学带隙也随之降低;发现了一种V型孪晶棒状纳米结构，从理论和实验两方面对其形成机制进行了解释。发展了一种氮掺杂锐钛矿相TiO2纳米棒的水热合成方法，发现在该反应中，氨水不仅作为一种氮掺杂源，而且还作为一种形貌控制剂，TiO2晶核沿着c轴方向生长成为纳米棒;开发出一种近室温条件、尺寸在20～1500nm范围内连续调控的TiO2非晶纳米球的生长方法，该方法制备条件温和，环境友好和易于量产，通过后续处理可以获得不同晶相结构和形貌的TiO2纳米球;发现非晶和锐钛矿TiO2具有尺寸相关的光散射效应。发展了一种具有{001}高能面锐钛矿相TiO2纳米材料的无氟合成方法，提出了一种{001}晶面自稳定的生长机理。研究了TiO2微纳结构的光化学性能，发现对亚甲基蓝、甲基橙和重金属污染物Cr(Ⅵ)具有优异的光催化降解作用;利用TiO2纳米球优异的光散射效应，构筑了染料敏化太阳能电池光电极的光散射层，太阳能电池光电转化效率可以达到8.34％。