高活性纳米二氧化钛的制备表征及光催化分解水制氢研究(3)
光催化反应的原理是利用光激发半导体催化剂，在其表面形成激发电子-空穴对作为还原-氧化体系。在水溶液（如工业污水）中，溶解的O2及H2O与电子及空穴发生作用，最终产生具有高度活性的•OH，•OH是氧化性极强的物质，对水中污染物几乎无选择性，能将水中的有机物部分或完全氧化[4]。半导体的光催化活性主要取决于导带与价带的氧化-还原电位，价带的氧化-还原电位越正，导带的氧化-还原电位越负，则光生电子和空穴的氧化能力就越强，从而使光催化降解有机物的效率大大提高。但是TiO2的宽禁带使得其吸收光的区域主要在紫外区，光利用率低，同时又因为较高的载流子复合率，限制了其光催化活性，使得TiO2利用太阳光的效率大大降低[5,6]。因此可以采用负载贵金属的方法(如Au、Ag、Pt等)，而且贵金属的负载量很少(一般为0.5%~2%)，易沉积在原纳米粒子表面，使光生电子与金属结合，因而降低光生电子与空穴的复合速率，扩大光谱的吸收区域，提高其光催化活性。与Au、Pt相比，Ag毒性小，成本低，而且适当浓度的Ag具有消毒杀菌作用，是一种深度净化的有效物质[7]。将Ag负载在TiO2粒子上，对推广TiO2的使用具有重要意义。
1.3 TiO2的制备方法
二氧化钛的制备方法有很多种，包括 TiCl4氢氧火焰法[8]、四氯化钛气相氧化法[9]、水热法[10]、溶胶—凝胶法[11,12]、激光诱导化学气相沉积法[13]、硫酸氧钛水解法[14]、喷雾热解法[15]和微乳法[16]等。
本实验将采用水热法，以钛酸丁酯为前驱体，表面活性剂作模板合成锐钛矿型纳米TiO2粒子。水热法是在特制的密闭反应容器(高压釜)里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶[2]。表面活性剂是一类即使在很低浓度时也能显著降低表（界）面张力的物质。其分子结构均由两部分构成。分子的一端为非极亲油的疏水基，有时也称为亲油基；分子的另一端为极性亲水的亲水基，有时也称为疏油基或形象地称为亲水头。两类结构与性能截然相反的分子碎片或基团分处于同一分子的两端并以化学键相连接，形成了一种不对称的、极性的结构，因而赋予了该类特殊分子既亲水、又亲油，便又不是整体亲水或亲油的特性。表面活性剂的这种特有结构通常称之为“双亲结构”(amphiphilic structure)，表面活性剂分子因而也常被称作“双亲分子”。
表面活性剂在溶液中的存在形式包括高度有序的结晶相和一直到完全无序的单体稀溶液，而在这两个极端状态之间还存在一系列中间相态，它们的性质和形态取决于表面活性剂的化学结构、体系的组成及温度、pH值、添加剂种类等因素。纳米技术正是利用了在CMC之上的表面活性剂溶液性质进行合成和制备纳米结构。表面活性剂分子形成的有序膜或层成为合成各种纳米结构的基础，即模板。表面活性剂的模板效应已广泛用于纳米结构的合成。本实验将采用多种不同类型的表面活性剂作为模板来合成TiO2纳米粒子。
1.4 本文特色、研究内容及研究方案
1.4.1 本文特色
引入表面活性剂作为模板，采用简单的水热法通过表面活性剂与特殊晶面结合从而合成具有特定形貌的纳米粒子，且引入的表面活性剂可以通过水洗或高温灼烧的方式除去，对环境无污染，且方法简便。
1.4.2 研究内容
以钛酸丁酯为前驱体，引入表面活性剂作为模板，通过简单的水热法合成纳米级TiO2粒子。旨在通过表面活性剂与特殊晶面结合从而合成具有特定形貌的纳米粒子，通过其降解甲基橙溶液的效果来衡量所制备纳米粒子的光催化活性，并对所制备的样品进行TEM、XRD、SEM、UV-Vis、FT-IR表征。对于性能较好的样品，采用还原法以2%的摩尔比(Ag：TiO2=1：50)负载Ag，以期进一步提高其光催化活性。
上一篇：纳米上转换环境功能材料制备研究
下一篇：钛合金固体渗硼工艺研究+文献综述