Ag与TiO微纳米结构及其复合材料的制备及性质研究

来源 :济南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:naizhi1006
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采用操作简便的化学方法精细调控合成了一维的银纳米结构、TiO2球形结构,以及Ag@TiO2和Ag/AgCl的复合材料,并对TiO2材料、Ag/AgCl复合材料进行了光催化性能的研究。其中,TiO2空心球结构相比实心球显示了较高的光催化活性,Ag/AgCl异质纳米材料,利用了银的表面等离子体共振效应与氯化银的半导体性质,使两种材料按一定的比例复合之后,显示了较强的光催化性能,并拓宽了光的响应范围。本论文具体研究内容如下:  1.使用变价金属盐控制多元醇热法合成银纳米结构。在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的保护下使用多元醇热法通过乙二醇(EG)还原硝酸银(AgNO3)制得了一维的银纳米结构,变价金属离子(Fe和Cu)影响了这些纳米结构的形貌。由于Fe2+与Cu+对Ag+的还原能力不同,因此分别获得了旗形和规则的两种不同银纳米结构。此外,规则的银纳米结构直径和形貌可以通过改变PVP和CuCl2的量进行调节。  2.使用EG与丙三醇溶剂热法共同调控合成均匀的多晶银纳米线。大量直径均匀的多晶银纳米线通过使用EG和丙三醇作为溶剂和还原剂,在表面活性剂PVP的保护下成功制备。银纳米线是由EG和丙三醇共同调控还原AgNO3形成的多晶种子演化而成。由于EG和丙三醇具有不同的还原力和粘度,这对于控制初始反应的成核起到了重要的作用,具有高粘度的丙三醇减缓了Ag0原子的迁移速率,PVP在银种子表面选择性吸附的作用,形成较小直径(40 nm)的银纳米线。银纳米线的产量取决于EG与丙三醇的体积比。本文提供了一种新的方法通过简单调节溶剂的组分大量合成均匀直径的银纳米线。此外,通过调节反应参数制备了(V)-型的银纳米结构,并且对其可能的形成机理在文中进行了讨论。  3.TiO2空心球及Ag@TiO2复合材料的制备。使用乙醇中溶解度较低的金属盐作为智能模板,通过简单地一步溶剂热法成功制备TiO2空心球。当使用CuSO4·5H2O作为模板时,合成直径较大的空心球,当使用Sr(NO3)2作为模板时,合成空心球的直径减小。钛源对于产物的形貌起着非常重要的作用,使用钛酸四丁酯(TBT)作为钛源,得到了表面光滑的TiO2实心微球,然而在相同的反应条件下使用四氯化钛(TiCl4)作为钛源则形成碗状的中空微球。此外,水的加入能够去除盐晶体形成的模板并加快TiCl4的水解速率,从而形成实心球结构。光催化测试表明,空心球在紫外光下降解甲基橙的速率是实心球的1.25倍。此外,在Ag纳米线与TiO2材料合成的基础上,研究合成了直径为70 nm的一维Ag@TiO2复合材料。  4.珠链状Ag/AgCl等离子体光催化剂的制备。平均直径为55 nm的Ag/AgCl珠链状纳米异质结构通过简易的原位氧化法制备。由于多晶银纳米线内部存在大量的晶界,在PVP分子存在的情况下,成功制得均匀的Ag/AgCl异质结构。相比之下,在不添加PVP分子的情况下,得到具有较大颗粒的Ag/AgCl疏松结构。Ag/AgCl纳米异质结构的形成机理在文中被提出。此外,Ag与AgCl的摩尔比例对于纳米异质结构的光催化活性起到了重要的作用,并且其比例可以进行简单的调控。光催化活性研究结果证明含量为85%AgCl的Ag/AgCl异质结构在光催化降解甲基橙分子、2,4-二氯苯酚及光解水产氧性能方面展示了高的活性。  5.分子级均匀Ag/AgCl纳米异质结构高效等离子体光催化剂的制备。高效等离子体光催化剂Ag/AgCl疏松异质结构在室温下使用一种新奇简便的方法制备。使用AgNO3与NaOH的乙醇溶液制备银颗粒,然后往溶液中加入FeCl3·6H2O乙醇溶液,制备30-200 nm的Ag/AgCl纳米异质结构,改变加入FeCl3的量调控异质结构中Ag与AgCl的比例,加入较小量的FeCl3时形成的产物分布不均匀,当加入的量较多时形成分子级均匀的Ag/AgCl异质结构。AgCl含量为50%与80%的分子级均匀Ag/AgCl纳米异质结构在紫外光下降解甲基橙显示了优异的光催化活性。
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