论文部分内容阅读
近年来,贵金属纳米粒子(如Ag、Au等)和TiO2纳米材料凭借其独特的性质,如无毒性、较好的化学和热稳定性以及优异的光电性能等,已经被广泛应用于有机污染物降解等领域。本论文主要围绕贵金属Ag和TiO2纳米粒子及其复合纳米结构的制备和催化应用等,开展了以下几方面的研究:(1)通过简单快速的一步溶剂热合成路线,制备了拥有多个Ag纳米粒子核心和TiO2壳层的Ag@TiO2纳米复合材料。该复合材料拥有均一的球形形貌和较高的比表面积(226 m2/g)。合成过程中未使用任何模板、有毒试剂或表面活性剂等,环境友好。时间演化实验表明,Ag@TiO2纳米粒子的形成包含一个成核、堆积和自组装过程。而且,通过调节TBOT的添加量还能获得蛋黄壳结构的Ag@TiO2纳米粒子。对硝基苯酚(4-NP)的催化结果表明,Ag@TiO2纳米粒子具有优异的催化性能和良好的循环稳定性,这主要归因于它们独特的多核心纳米结构和Ag粒子与TiO2之间的协同效应。此外,该方法也为制备其他多核金属核心的metal@TiO2复合材料提供了可能。(2)采用化学自刻蚀路线制备了形貌均一的Ag@carbon蛋黄壳纳米结构,其中Ag核尺寸和粒子内部空间可以通过调节HCl浓度、反应时间和反应温度来控制。在这个过程中,通过盐酸(HCl)对核壳Ag@carbon粒子中的Ag粒子进行选择性刻蚀,扩展了Ag@carbon粒子内部的空间。这种拥有较大内部空间的蛋黄壳结构和多孔的碳外壳不仅有利于反应物分子的扩散,而且能够使Ag纳米粒子与底物分子充分接触。此外,刻蚀后,Ag粒子中更多的晶面得以暴露,为催化反应提供了更多的活性位点。得益于这种独特的蛋黄壳结构,Ag@carbon纳米粒子对4-NP的还原拥有出色的催化效率和循环性能。(3)以Ti(SO4)2为钛源,醋酸/水为助溶剂,通过一个环境友好、无模板的水热合成路线制备了具有蛋黄壳结构和空心结构的锐钛矿TiO2微球。该微球的形成主要是基于一个奥斯特瓦尔德的熟化过程。同时,为进一步提高材料的光催化性能,我们通过浸渍法制备了Ag/TiO2催化剂。光催化结果表明,与单纯的TiO2相比,Ag/TiO2材料的光催化性能极大的提高,对降解甲基橙有着更优异的光催化活性。(4)利用简单的一步合成方法制备了花状和树枝状Ag纳米粒子。根据对不同反应条件的考察结果表明,抗坏血酸作为还原剂和结构导向剂促进了Ag粒子花瓣状结构的形成。而乙醇溶剂降低了Ag粒子的表面能,改变了Ag粒子的生长方向,从而得到了树枝状的Ag纳米粒子。这种拥有独特结构的Ag纳米粒子在光催化和表面增强拉曼等方面拥有广阔的应用前景。