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近些年来,二氧化钛(TiO2)以其良好的化学稳定性,出色的光催化性能,成本低廉,无毒无害等众多优点,吸引了科研工作者广泛的关注。但是由于其较高的禁带宽度(3.2eV),导致TiO2无法对可见光进行响应,只能吸收部分紫外光线,这仅仅是太阳光很小的一部分,大大限制了TiO2的实际应用。为了使TiO2更有效地利用太阳光,改善其可见光光催化性能,科研工作者们尝试了许多化学方法来增强二氧化钛对可见光的响应,比如非金属掺杂,金属掺杂,染料敏化和半导体耦合等。除了化学方法,很多物理方法,如对TiO2结构和形态进行修饰,也被引入到TiO2光催化材料的制备中用来增加其对光的吸收。为了更进一步地提高TiO2光催化剂的效率,科研工作者尝试在TiO2光催化剂材料制备过程中将化学方法和物理方法结合起来,通过两种方法的协同作用使TiO2光催化性能有更进一步地提高。 本文以制备多级有序二氧化钛光催化材料为目的,主要开展了以下几个方面的工作: 第一,合成了三种单分散亚微米小球,利用无皂乳液聚合制备了单分散的聚苯乙烯(PS)微球和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球,利用Stober法制备了单分散的二氧化硅(SiO2)微球。并通过这三种微球制备了有序的光子晶体模板,为我们之后制备多级有序二氧化钛光催化材料奠定了基础。 第二,利用一步共自组装法得到了黏附性好,大面积裂痕较少,有序的氮掺杂TiO2反蛋白石结构薄膜。二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛(TiBALDH)可同时作为钛源和氮源,省去了需要分别在前驱液中加入两种物质的麻烦。在钛源用量为1.5g时得到了没有表面的覆盖,大面积有序,裂痕较少的薄膜。在400℃下煅烧1h的氮掺杂TiO2反蛋白石结构薄膜有着最佳的可见光光催化性能,这是由于独特的反蛋白石结构和氮掺杂效应引起的。这种新颖的氮掺杂薄膜在环境净化,光解水和染料敏化电池等方面有着巨大的潜力。 第三,用双重模板法制备了多级有序TiO2反蛋白石结构材料。双重模板即PMMA微球有序阵列(硬模板)和P123(软模板),最后通过溶胶-凝胶法得到了多级有序TiO2反蛋白石结构材料,相比原始的PMMA微球直径,最终得到的TiO2大孔直径收缩了约33%。并成功制备了多级有序氮掺杂TiO2反蛋白石结构材料。对比商业化P25,氮掺杂TiO2粉末,未掺杂TiO2介孔反蛋白石结构材料,氮掺杂TiO2介孔反蛋白石结构材料,氮掺杂TiO2反蛋白石结构材料这五种样品的可见光光催化性能,证明了氮掺杂效应,反蛋白石结构和有序介孔结构对光催化性能有着全面的促进作用。 第四,用两步模板法合成了多级有序TiO2蛋白石结构材料。即首先制备三维有序的二氧化硅微球阵列,用来作为初始模板继续合成PMMA反蛋白石结构模板,然后利用溶胶-凝胶法得到了多级有序TiO2蛋白石结构材料,相比原始的SiO2微球直径,最终的得到TiO2微球直径收缩了约40%。并且成功在前驱液中加入氮源,制备了多级有序氮掺杂TiO2蛋白石结构材料。由于拥有氮掺杂效应,蛋白石结构和有序介孔结构,该材料展示出了良好的可见光光催化性能。这种有序氮掺杂TiO2蛋白石结构材料在太阳能电池和环保方面有着良好的发展前景。