基于不同衬底二氧化钛纳米线阵列的制备及光催化性能

【摘要】在环境治理、能量转换、能量存储、传感器等多种应用领域,一维有序纳米结构TiO2阵列都有独特的性能表现。本文探索了一种适合于不锈钢、玻璃、硅片、碳布等多种衬底的TiO2纳米线阵列制备技术,过程简单、重复性好,且反应条件温和,不需要模板辅助。采用溶胶-凝胶技术在玻璃(玻璃片、玻璃棒、FTO、ITO)、金属(不锈钢片、泡沫镍)等衬底上涂覆Ti02籽晶层；通过在H2O2和金属Ti反应体系中添加三聚氰胺和硝酸制备前驱溶液；将负载有TiO2籽晶层的衬底浸入前驱溶液中,调整工艺参数(反应时间、TiO2籽晶层厚度等),在不同种衬底上成功获得钛酸纳米线阵列,随后进行炉热处理,获得TiO2纳米线阵列薄膜；或低温盐酸溶液处理制备出TiO2纳米棒阵列薄膜。利用场发射扫描电镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射等测试方法分析钛酸和TiO2纳米线的形貌、结构及其光响应行为,探讨钛酸纳米线生长及向TiO2转化机理,并测试其光催化降解罗丹明B性能。论文取得主要结论如下：1.不同衬底上制备钛酸纳米线：在80℃反应温度下,以Ti片、H2O2、硝酸和三聚氰胺反应所得溶液为前驱液,可在负载有TiO2籽晶层的不同衬底上沉积制备出钛酸纳米线。在H2O2与硝酸作用下,Ti片溶解释放出水合Ti(IV)离子,达到临界浓度后,在衬底表面析出钛酸。前驱液中同时存在三聚氰胺水解产生的NH4+离子等,有利于一维钛酸纳米线的形成。通过调控反应时间,可控制钛酸纳米线的长度,当生长时间为48h时,纳米线长度可达3um。改变TiO2籽晶层厚度未对钛酸纳米线的形成产生明显的影响。光催化性能测试结果表明,钛酸纳米线阵列具有优异的光催化降解罗丹明B溶液能力。2.钛酸向TiO2转化：经过300～550℃炉热处理后,钛酸转变为TiO2,物相以锐钛矿为主,含少量锆钛矿,结晶度良好且保留原有一维纳米线结构。与300～45℃热处理后纳米线相比,由于显著的再结晶及烧结过程,550℃炉热处理后纳米线表面粗糙,呈颗粒链状结构。经80℃低温盐酸溶液处理,钛酸纳米线转变为金红石纳米棒,其转化机理为溶解-沉积过程。紫外-可见漫反射测试结果表明,经盐酸处理获得的TiO2薄膜具有较小的禁带宽度(2.87eV)；光催化性能测试结果表明,经过盐酸处理获得TiO2薄膜光催化性能为最佳。
【作者】李擘；
【导师】吴进明；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】钛酸；二氧化钛；纳米线；低温盐酸处理；光催化；

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