二氧化钛及其复合材料的合成与性质研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hrf00123456
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近年来,半导体光催化技术因其是一种在光照射下,将水分解成氢和氧,抑制病毒,消除各种污染物的绿色技术,而受到人们的广泛关注。二氧化钛(TiO2)是一种n型宽带半导体材料,由于其光催化性能高、抗菌活性好、无毒、化学稳定性好等优点,被广泛应用于太阳能电池、光催化、环境修复等领域。然而,TiO2的两个缺点严重的限制了它的应用。首先,TiO2的禁带宽度为3.2 eV,只能被紫外或近紫外辐射所激发,仅占地球入射太阳光谱的4%,这导致TiO2对可见光的低利用率。其次,由于TiO2的光生电子空穴对的高复合效率,降低了它的光催化活性。众所周知,TiO2纳米结构的形貌和尺寸的控制对获得优良的光催化剂、光电和电化学性能具有重要的影响。此外,TiO2复合材料的性能不仅受其形状和尺寸的影响,还受其电子结构的影响。基于这个思路,本文采用简单的水热法或者溶剂热法制备了不同形貌的TiO2,然后在TiO2的表面沉积了卤化银(AgX)和银-卤化银(Ag-AgX),从而提高TiO2的光响应范围,降低光生电子-空穴对的重组效率,改善TiO2的性能。首先,采用简单的一步水热法制备了具有纳米棒构建单元的菜花状TiO2纳米材料。然后,在控制反应物摩尔比的条件下通过沉淀沉积法制备了Ag-AgBr-TiO2和AgBr-TiO2。最后,通过沉淀沉积法制备了AgI-TiO2,并且通过光致还原法制备了Ag-AgI-TiO2。获得的样品通过X射线衍射仪(XRD)、冷场发射扫描电镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、能量色散X射线光谱(EDX)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)以及氮气吸附脱附测试(BET)等进行表征。以大肠杆菌为目标体系,采用微热量热法对样品的抗菌性能进行了研究。与此同时,还探究了样品在光照下对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能。结果表明,AgX和Ag-AgX成功的沉积在了TiO2的表面,并且显示出了良好的抗菌及光催化活性。并且Ag-AgX-TiO2比起AgX-TiO2和TiO2具有更好的抗菌及光催化活性。瞬态光电流实验表明Ag-AgX-TiO2比AgX-TiO2和TiO2具有更高的光生电子和空穴的分离效率。其次,通过简单的溶剂热法制备了三维海胆状TiO2微球,然后在控制反应物摩尔比的条件下通过沉淀沉积法制备了Ag-AgBr-TiO2和AgBr-TiO2。最后,通过沉淀沉积法制备了AgI-TiO2,并且通过光致还原法制备了Ag-AgI-TiO2。使用XRD、SEM、UV-vis吸收光谱以及BET测试等手段对样品进行表征,结果表明,三维海胆状TiO2微球及其复合材料被成功的制备出来。通过微热量热法对样品的抗菌活性进行了定量分析,同时研究了样品的光催化活性。结果表明制备的样品不仅是一种优异的抗菌剂而且是一种优异的光催化剂。最后,在没有模板和表面活性剂的条件下,通过奥斯特瓦尔德成熟原理制备了TiO2空心球。然后,在控制反应物摩尔比的条件下通过沉淀沉积法制备了Ag-AgBr-TiO2和AgBr-TiO2。最后,通过沉淀沉积法制备了AgI-TiO2,并且通过光致还原法制备了Ag-AgI-TiO2。样品的形貌及结构特征通过XRD、SEM、HRTEM、EDX、UV-Vis吸收光谱和BET测试进行分析。为了证明该复合材料的潜在应用价值,采用微热量热法研究了样品对大肠杆菌的抗菌活性。此外,样品由于形貌特殊、表面积大、粒径小、中空结构,在极短的时间内,在模拟紫外、可见光照射下,对有机染料具有较好的光催化性能和较好的稳定性。结果表明制备的样品不仅可以作为一种优良的抗菌剂而且可以作为一种高性能的光催化剂。本文制备了具有不同形貌的TiO2并在其表面上沉积了AgX和Ag-AgX。由于其独特的形貌、较高的比表面积、较好的光催化活性和抗菌活性,使得这种新型光催化剂在传感器、太阳能电池、催化、抗菌和纳米技术等领域均具有广泛的应用前景。
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