水热法制备TiO2纳米管
铝基阳极氧化铝模板水热法制备TiO_2纳米管阵列
催化学报
Chi nese Jour nal of Cat alysis
2008 年 8 月 August 2008
研究快讯: 680~ 682
铝基阳极氧化铝模板水热法制备 TiO2 纳米管阵列
李 纲, 刘中清, 颜 欣, 张 昭
图 1 是采用两步阳极氧化法所得 AAO 模板的 F E- SEM 照片. 图 1( a) 显示, AAO 模板的表面为连 续的类椭圆形多孔状, 孔径分布范围大致在 135~ 370 nm, 平均孔径约 250 nm, 壁厚约 55 nm. 孔较 均匀地分布在整个表面, 未出现孔的穿蚀合并现象. 断面照片( 图 1( b) ) 表明, 孔呈管状特征, 管与管之 间共用管壁, 相邻管间具有相互平行的孔道, 管长约 9 Lm. 从图 1( b) 还可以看出, 在局部区域存在管道 交叉 现 象, 这可 能 与电 解 液的 温 度较 高 有 关 ( 23 e ) . 因为较低的电解液温度有利于制备出孔径均 匀、孔道相互平行的 AA O 模板[ 9] .
化活性的锐钛矿晶型, 必须在高于 400 e 的温度下 晶化热处理.
本文以铝基 AA O 膜为模板, 在( NH 4) 2T iF6 的 水溶液中, 通过水热处理在铝基底上制备出了具有 结晶形态的 T iO2 纳米管阵列.
采用两步阳极氧化法制备 AAO 模板. 将高纯 铝片 ( 纯 度 991999% , 厚度 015 mm ) 线 切割成 30 mm @ 20 mm 的矩形片, 于 500 e 退火 4 h 以消除 残余内应力. 经过无水乙醇除油、氢氧化钠除氧化 膜及蒸馏水清洗等步骤后, 在无水乙醇和 H ClO4 的 混合液( 体积比 4B1) 中进行电化学抛光. 然后在常 温( 23 e ) 下, 以 30 g/ L H3PO 4 为电解 液, 120 V 恒压阳极氧化, 氧化时间为 1 h. 将一次氧化过的铝 片在 118% H2CrO4 和 610% H3PO 4 混合溶液( 体积 比 1B1) 中浸泡 16 h, 去除表面第一次氧化形成的 氧化膜. 将除膜后的铝片第二次阳极氧化, 氧化条 件与第一次相同, 只是将氧化时间延长至 2 h. 最后 在 30 e 的 510% H 3PO4 溶液中扩孔 10 min, 获得 AAO 模板.
水热法制备二氧化钛纳米管石墨烯复合光催化剂及其光催化性能
第４０卷㊀第２期２０１９年２月发㊀光㊀学㊀报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥＶｏｌ ４０Ｎｏ ２Ｆｅｂ.ꎬ２０１９文章编号:１０００￣７０３２(２０１９)０２￣０１７７￣０６水热法制备二氧化钛纳米管￣石墨烯复合光催化剂及其光催化性能陈㊀越１ꎬ何大伟１∗ꎬ王永生１ꎬ杨冰洋２(１.北京交通大学光电子技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室ꎬ北京㊀１０００４４ꎻ２.航天特种材料及工艺技术研究所ꎬ北京㊀１０００７４)摘要:采用水热法制备了二氧化钛纳米管￣石墨烯的复合光催化剂ꎮ利用Ｘ射线衍射仪㊁扫描电镜㊁透射电镜和拉曼光谱仪对复合材料进行了表征与分析ꎬ并对其光催化性能进行了测试ꎮ结果显示ꎬ同纯二氧化钛纳米管相比ꎬ二氧化钛纳米管￣石墨烯的光催化性能较高ꎮ石墨烯与二氧化钛纳米管复合ꎬ充当电子受体ꎬ载流子迁移率得到提高ꎬ从而提升了光催化性能ꎮ关㊀键㊀词:光催化ꎻ石墨烯ꎻ二氧化钛纳米管ꎻ水热法中图分类号:Ｏ４８２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３７８８/ｆｇｘｂ２０１９４００２.０１７７ＨｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＧｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ＮａｎｏｔｕｂｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄＳｔｕｄｙｏｆＰｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓＣＨＥＮＹｕｅ１ꎬＨＥＤａ￣ｗｅｉ１∗ꎬＷＡＮＧＹｏｎｇ￣ｓｈｅｎｇ１ꎬＹＡＮＧＢｉｎｇ￣ｙａｎｇ２(１.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎꎬＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００４４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＡｅｒｏｓｐａｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐｅｃｉａｌＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００７４ꎬＣｈｉｎａ)∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｄｗｈｅ＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ:Ａｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅ￣ｇｒａｐｈｅｎｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ.ＴｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒａｎａｌｙｚａｔｉｏｎｂｙＸ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｏｍ￣ｅｔｒｙꎬｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙꎬｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ.Ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｉｔａｎｉ￣ｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅ￣ｇｒａｐｈｅｎｅｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｐｕｒｅｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅｓ.Ｇｒａｐｈｅｎｅｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅｓｔｏａｃｔａｓａｎｅｌｅｃｔｒｏｎａｃｃｅｐｔｏｒꎬａｎｄｔｈｅｃａｒｒｉｅｒｍｏｂｉｌｉｔｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄꎬｔｈｅｒｅｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃꎻｇｒａｐｈｅｎｅꎻｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｔｕｂｅꎻｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ㊀㊀收稿日期:２０１８￣０１￣３１ꎻ修订日期:２０１８￣０７￣１１㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(６１３３５００６ꎬ６１３７８０７３ꎬ６１８７５２３６)资助项目ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(６１３３５００６ꎬ６１３７８０７３ꎬ６１８７５２３６)１㊀引㊀㊀言１９７２年ꎬ日本东京大学Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ和Ｈｏｎｄａ研究发现ꎬ利用ＴｉＯ２单晶进行光催化反应可使水分解成氢和氧[１]ꎬ为氢气的制取提供了新的思路ꎬ同时也开启了对光催化剂的研究ꎮ光催化具有低成本㊁绿色环保等特点ꎬ表现出巨大的应用潜力ꎮ１７８㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４０卷ＴｉＯ２作为一种半导体材料ꎬ具有电子空穴对电势电位差大㊁不发生光化学腐蚀㊁酸碱耐性好㊁无毒性㊁可反复使用㊁成本较低等特性ꎬ是一种潜力巨大的材料ꎮ由于锐钛矿ＴｉＯ２禁带宽度为３.２ｅＶ[２]ꎬ吸收波长小于３８７ｎｍꎬ导致光催化所需的光子能量较高ꎬ这部分光子的总能量占太阳光辐射总能量不足５％[３]ꎬ限制了ＴｉＯ２的光催化效率ꎮ石墨烯是以蜂窝状排列的单层碳原子ꎬ碳原子以六元环形式周期性排列于石墨烯平面内ꎮ除参与ｓｐ２杂化的电子外ꎬ剩余π电子可在石墨烯晶体内自由移动ꎬ赋予了石墨烯良好的导电性[４]ꎬ对半导体￣石墨烯组成的石墨烯复合材料有重要意义ꎬ因而其常被用于此类研究ꎬ二氧化钛也是研究的热点ꎮ通过掺杂碳的同素异形体可以改良二氧化钛纳米管的光催化能力ꎬ目前已有使用活性炭[５￣６]㊁富勒烯[７]㊁碳纳米管[８]等掺杂的相关研究ꎮ本文采用水热法制备二氧化钛纳米管(ＴＮＴｓ)￣石墨烯复合材料并对复合材料进行表征测试ꎮ结果表明ꎬ与纯二氧化钛纳米管在紫外光下对甲基蓝(ＭＢ)溶液的光催化降解性能相比ꎬ该复合物的光催化性能有较大提高ꎮ石墨烯与二氧化钛纳米管的复合ꎬ增大了光催化降解反应的接触面积ꎬ并使载流子迁移率得到提高ꎬ进而提升材料的光催化性能ꎮ２㊀实㊀㊀验２.１㊀氧化石墨烯制备制备氧化石墨烯采用改良的Ｈｕｍｍｅｒｓ法[９]ꎮ具体步骤为:在冰浴条件下ꎬ将５ｇ石墨放入５００ｍＬ烧瓶中ꎻ加入体积比为９８％的浓硫酸１５０ｍＬꎬ放入磁子搅拌３０ｍｉｎꎻ再向烧瓶中缓慢加入体积比为１ʒ４的高锰酸钾溶液１００ｍＬꎬ搅拌１ｈ后将温度保持在３５ħꎬ继续搅拌３０ｍｉｎꎻ另取大烧杯ꎬ向其中加入５００ｍＬ水ꎬ将之前步骤制得的烧瓶中液体倒入烧杯中ꎬ磁子搅拌３０ｍｉｎ后加入３０ｍＬ５％的Ｈ２Ｏ２溶液ꎬ持续搅拌直到没有气泡产生ꎮ将所得产物沉淀后ꎬ用体积比为６％的ＨＣｌ溶液洗涤离心５次ꎬ再用水洗涤离心５次ꎮ向离心所得沉淀中加适量水均匀后超声１ｈꎬ８０ħ干燥数小时ꎬ再用８００Ｗ微波处理４０ｓꎬ得到黄色的氧化石墨烯ꎮ２.２㊀ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料制备与通常先分别制备二氧化钛纳米管和石墨烯再进行复合过程不同ꎬ本实验采用水热法同时处理氧化石墨烯和二氧化钛纳米颗粒ꎮ具体步骤为:将２.１中制得的氧化石墨烯加适量水超声使其成为均匀浊液分散体ꎮ在搅拌条件下将２ｇ二氧化钛纳米颗粒(Ｐ９０)缓缓加入氧化石墨烯的浊液中ꎬ持续搅拌１ｈꎬ以确保完全混合ꎮ向产物中缓慢加入浓度为１０ｍｏｌ/Ｌ的ＮａＯＨ溶液１００ｍＬꎬ得到白色悬浊液ꎮ将混合物转移到聚四氟乙烯内衬的高压釜中准备进行水热反应ꎮ将高压釜封好ꎬ在１２０ħ下加热２４ｈꎮ待冷却至室温ꎬ打开高压釜ꎬ得到银灰色沉淀ꎬ该银灰色沉淀为钛酸盐纳米管￣石墨烯复合物ꎬ聚集在反应器上方ꎮ对钛酸盐纳米管进一步处理以得到二氧化钛纳米管ꎮ首先ꎬ向得到的灰色凝胶液中加入０.１ｍｏｌ/Ｌ的ＨＣｌ溶液并在室温下搅拌１２ｈꎮ产物用去离子水洗涤ꎬ离心至离心液显中性后在８０ħ下干燥ꎬ并进行退火ꎮ然后将所得产物在３００ħ下进行６０ｍｉｎ煅烧ꎬ得最终产物ꎮ因产物中有石墨烯ꎬ煅烧处理过程须在惰性气体保护下进行ꎮ２.３㊀表征测试产物的晶相结构利用ＢｒｕｋｅｒＤ８Ａｄｖａｎｃｅ型多晶Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)仪来分析ꎬＴＮＴｓ的扫描范围为２０ʎ~８０ʎꎬ步长０.０２１ʎꎻＴＮＴｓ￣石墨烯扫描范围为１５ʎ~８５ʎꎬ步长０.０２１ʎꎮ用ＨｉｔａｃｈｉＳ￣４８００场发射扫描电子显微镜(ＳＥＭ)测试能量散射谱(ＥＤＳ)进行分析ꎬＪＥＭ￣１４００型透射电子显微镜(ＴＥＭ)观察样品的形貌ꎻ用４００＋ＲａｍａｎＭｉｃｒｏ３００型拉曼光谱仪(Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ)ꎬ对样品进行结构分析㊁成分鉴别㊁缺陷研究㊁掺杂研究等ꎮ２.４㊀光催化测量光催化测量所用光催化反应仪为上海比朗仪器生产的ＢＬ￣ＧＨＸ￣ＩＩ型ꎬ待降解的试剂为甲基蓝(ＭＢ)溶液ꎬ光源为主波长大于４００ｎｍ的氙灯ꎬ直接照射样本ꎮ光催化降解实验开始前ꎬ用甲基蓝配制成一定浓度的溶液ꎬ定容后ꎬ将ＴＮＴｓ和ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料以固定体积比例分别加入到两组甲基蓝溶液中ꎬ分别作为对照组和实验组ꎮ在避光条件下开始光催化降解实验ꎬ并用增氧泵通入空气ꎬ反应温度为室温ꎮ用磁力搅拌器将该体系避光搅拌１ｈ以上ꎬ以保证在光催化剂与甲基蓝之间达到吸附㊁脱附平衡ꎬ从而避免吸附作用㊀第２期陈㊀越ꎬ等:水热法制备二氧化钛纳米管￣石墨烯复合光催化剂及其光催化性能１７９㊀干扰对光催化反应速率的测量ꎮ达到吸附平衡之后开始用氙灯照射ꎬ照射的过程中用循环冷却系统进行散热处理ꎮ实验过程中ꎬ每隔１０ｍｉｎ取大约１０ｍＬ样品ꎬ经离心分离后ꎬ提取上清液检测ꎮ３㊀结果与讨论３.１㊀ＸＲＤ分析图１所示为纯ＴＮＴｓ(ａ)和ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料(ｂ)的Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)谱ꎮ从图上可以看出ꎬ二者均表现出特征(１０１)㊁(００４)㊁(２００)㊁(１０５)㊁(２１１)㊁(２０４)㊁(１１６)㊁(２２０)㊁(２１５)反射ꎬ没有其他峰ꎬ表明所得产物为锐钛相的二氧化钛(四方晶体ꎬ晶格常数ａ＝０.３７７７ｎｍꎬｃ＝０.９０５１ｎｍ)ꎬＸＲＤ谱中石墨烯的峰被掩盖ꎬ是因为锐钛相二氧化钛(１０１)和石墨烯(００２)峰都位于２５ʎ左右ꎬ(００２)晶面衍射峰被锐钛相二氧化钛强而尖锐的(１０１)衍射峰掩盖掉了ꎮ复合材料的(１０１)峰比纯ＴＮＴｓ宽ꎬ表明纯ＴＮＴｓ结晶度更高ꎮ这一方面说明由于用强碱溶液水热处理ꎬ在该过程中使石墨烯结构遭到了破坏ꎻ另一方面说明石墨烯阻碍了水热处理时ＴＮＴｓ晶体的生长ꎮ并且煅烧过程是在惰性气体中进行ꎬ而惰性气25702兹/（°）I n t e n s i t y /a .u .2030354045505560657580215220116204211105200004TNT+graphene101（b ）2兹/（°）I n t e n s i t y /a .u .215220116204211105200004TNT101（a ）图１㊀纯ＴＮＴｓ(ａ)和ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料(ｂ)的Ｘ射线衍射(ＸＲＤ)谱Ｆｉｇ.１㊀Ｘ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ(ＸＲＤ)ｓｐｅｃｔｒａｏｆｐｕｒｅＴＮＴｓ(ａ)ａｎｄｇｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ(ｂ)体中氧元素的缺少也会对二氧化钛形成造成一定的阻碍ꎮ３.２㊀拉曼光谱分析据文献[１０]记载ꎬ二氧化钛有４个明显的Ｒａｍａｎ峰ꎬ分别位于１４７ꎬ３９８ꎬ５１５ꎬ６４０ｃｍ－１ꎬ锐钛相二氧化钛的晶胞属于Ｄ１９４ＨＩ４１ａｍｄæèçöø÷空间群ꎬ每个晶胞中由２个钛原子和４个氧原子组成ꎬＲａｍａｎ振动模为Ａ１ｇ＋２Ｂ１ｇ＋３Ｅｇꎮ图２所示为ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料的Ｒａｍａｎ谱ꎬ前４个峰的位置发生了一定偏离ꎬ分别位于１５０ꎬ４０３ꎬ５１４ꎬ６４５ｃｍ－１ꎬ拉曼光谱的峰位置主要受纳米材料的尺寸以及缺陷的影响ꎬ且拉曼峰相较于纯ＴＮＴｓ变宽ꎬ也能表明纳米材料的尺寸发生了变化[１１]ꎮ二氧化钛的颗粒尺寸减小和在ＴＮＴｓ/石墨烯表面的Ｅｇ带的蓝移ꎬ可以归因于声子限制效应ꎮ该现象表明ꎬＴＮＴｓ和石墨烯片材之间有很强的化学作用ꎮ拉曼谱带强度的变化和Ｇ带的蓝移为石墨烯在复合材料中的存在提供了明确的证据ꎮ1000Raman shift /cm -1I n t e n s i t y /a .u .GrapheneGrapheneTiO 2TiO 2TiO 2TiO 2图２㊀ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料的Ｒａｍａｎ谱Ｆｉｇ.２㊀Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ３.３㊀利用ＳＥＭ、ＴＥＭ进行样品形貌分析为了进一步确定所制备各样品的形貌结构和晶格特征ꎬ我们采用扫描电子显微镜(ＳＥＭ)和透射电子显微镜(ＴＥＭ)对样品进行形貌分析ꎮ图３为二氧化钛纳米管的ＴＥＭ图像ꎬ经水热法ꎬ原来的二氧化钛纳米颗粒变成了比表面积更高的管状结构ＴＮＴｓꎬ增大了反应接触面积(内㊁外表面积)ꎮ图４为石墨烯与ＴＮＴｓ复合的ＳＥＭ图像ꎬ有片材褶皱的部分为石墨烯ꎬＴＥＭ分析显示ＴＮＴｓ被定在水热处理后的石墨烯上ꎬ且表面覆盖有ＴＮＴｓ的互连网络ꎮＴＥＭ图像显示ꎬ石墨烯表现为一个矩阵密集ＴＮＴｓꎮ石墨烯与纳米管相互纠缠ꎬ比较１８０㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４０卷紧密地结合在一起ꎬ石墨烯直接与纳米管接触ꎮ可以看出ꎬＴＮＴｓ占据大部分石墨烯的可用表面积ꎬ赋予ＴＮＴｓ高得多的复合载量ꎮ由ＴＥＭ图像还可以看出ꎬ在石墨烯表面的ＴＮＴｓ具有约９ｎｍ的外径ꎮ石墨烯￣ＴＮＴｓ(约６ｎｍ)的内径比纯ＴＮＴｓ(３ｎｍ)大得多ꎮ通过获取任意区域沿ＳＥＭ图像对角线上的ＥＤＳ谱图(图５)对该复合材料的元素进行分析ꎮＥＤＳ谱图显示的峰对应于Ｃ和Ｔｉꎬ它确保了ＴＮＴｓ生长在石墨烯表面ꎮ在石墨烯表面的ＴＮＴｓ的分布经ＥＤＳ映射还可进一步分析ꎮ由ＴＥＭ分析获得的ＥＤＳ谱图证实了Ｔｉ的存在ꎬ同时ＥＤＳ可以确定ＴＮＴｓ在石墨烯片材表面的分布ꎮ50nm图３㊀二氧化钛纳米管的ＴＥＭ图像Ｆｉｇ.３㊀ＴＥＭｉｍａｇｅｏｆｔｉｔａｎｉａｎａｎｏｔｕｂｅｓ50nm图４㊀石墨烯与ＴＮＴｓ复合的ＴＥＭ图像Ｆｉｇ.４㊀ＴＥＭｉｍａｇｅｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ通过以上三项表征测试ꎬ得到ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料的表征ꎬ证明了锐钛型ＴＮＴｓ存在于石墨烯面上ꎬ二者相互影响耦合工作ꎮ从石墨烯氧化物到石墨烯的转化ꎬＴＮＴｓ和石墨烯表面之间的强相互作用ꎬ这些因素有望提高复合材料的光催化活性ꎮ500nmnO电子图像1n图５㊀任意区域沿ＳＥＭ图像对角线上的ＥＤＳ谱图Ｆｉｇ.５㊀ＥＤＳｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅｄｉａｇｏｎａｌａｌｏｎｇＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆａｒ￣ｂｉｔｒａｒｙｒｅｇｉｏｎｓ３.４㊀光催化性能研究对ＴＮＴｓ和制备的ＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料的光催化降解能力进行测试ꎬ待降解的染剂甲基蓝(ＭＢ)的特征吸收峰为４６８ｎｍꎬ用该吸收峰的强度减小速率来评价光催化降解速度ꎮ光催化性能测试忽略由于氧化石墨烯还原的不彻底性导致的相比于ＴＮＴｓ十分微弱的光催化性能ꎮ为了避免物理吸附影响ＭＢ溶液浓度干扰实验结果ꎬ测试实验需在光催化反应前开始ꎬ即先将各组样本处于避光直至吸附㊁脱附稳定(图６中ｔ为负数的时间段)ꎮ图６(ａ)显示了ＴＮＴｓ和ＴＮＴ￣石墨烯复合材料的光催化降解的ＭＢ溶液的浓度(Ｃ)和时间的关系ꎬ－６０~０ｍｉｎ处于避光状态ꎬＴＮＴｓ在该时刻无活性ꎬＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料ＭＢ浓度开始下降ꎬ归因于石墨烯对于试剂较强的吸附作用ꎮ０ｍｉｎ以后使用氙灯照射ꎬ光催化反应开始发生ꎮＴＮＴｓ和ＴＮＴｓ￣石墨烯光降解为一个伪一级反应ꎬ其速率方程式为:ｌｎＣＣ０＝－ｋｔꎬ(１)其中ｋ㊁Ｃ０和Ｃ分别是表观速率常数㊁初始浓度和经过时间ｔ后的甲基蓝的浓度ꎮ将上述公式进行变换得到:ｌｎＣ０Ｃ＝－ｌｎＣＣ０＝ｋｔꎬ(２)即图６(ｂ)的图像斜率 表观速率常数ｋ可代㊀第２期陈㊀越ꎬ等:水热法制备二氧化钛纳米管￣石墨烯复合光催化剂及其光催化性能１８１㊀表反应速率ꎮ测试结果表明ꎬＴＮＴｓ￣石墨烯的图像斜率显然大于ＴＮＴｓꎬ催化效果明显提升ꎮ1.20120t /minC-60601.41.00.80.60.4Pure TNTs TNTs 鄄graphene（a ）1.0t /minl n (C 0/C )1.20.80.20Pure TNTs TNTs 鄄graphene（b ）0.60.4图６㊀(ａ)ＴＮＴｓ和ＴＮＴ￣石墨烯复合材料的光催化降解的甲基蓝溶液的浓度(Ｃ)和时间的关系ꎻ(ｂ)ｌｎ(Ｃ０/Ｃ)与时间的关系ꎮＦｉｇ.６㊀(ａ)Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ(Ｃ)ｏｆｍｅｔｈｙｌｂｌｕｅｓｏｌｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｗｉｔｈＴＮＴｓａｎｄＴＮＴ￣ｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｏｖｅｒｔｉｍｅ.(ｂ)ｌｎ(Ｃ０/Ｃ)ｏｖｅｒｔｉｍｅ.光催化过程分为３个阶段ꎬ包括吸附的污染物㊁通过光催化剂的吸收光使电荷在催化剂表面的分离和创建自由基以分解污染物[１２]ꎮ催化剂对于染料分子的吸附能力㊁催化剂的吸光能力㊁电荷在催化剂表面的分离和输送能力ꎬ都会影响整个反应光催化效率ꎮ碳质材料具有非凡的吸收特性ꎬ并用于各种环境的设施ꎮ通常大多数工业染料及相关污染物具有芳香性质ꎬ石墨烯有使芳香域π￣π堆积相互作用的能力ꎮ该吸附过程显著增加了有机分子在催化表面的浓度ꎮ物质接近催化表面的富集环境是实现更高的光催化降解速率的一个重要因素[１３]ꎮ二氧化钛纳米管￣石墨烯复合材料的催化效率的提高正是由于上述各种因素的综合影响ꎮ石墨烯片层能将较多的污染物吸附在片层结构的表面ꎻ石墨烯具有良好的导电性ꎬ可以有效减少电子￣空穴的复合ꎬ提高载流子迁移率ꎬ从而显著地提高复合材料的光催化分解甲基蓝的活性ꎮ石墨烯在整个过程中有明显的辅助作用ꎮ４㊀结㊀㊀论水热法同时处理氧化石墨烯和二氧化钛纳米颗粒可制备ＴＮＴｓ￣石墨烯的复合材料ꎬ除复合材料ＴＮＴｓ的结晶度不如纯ＴＮＴｓ高等变化外ꎬ复合材料中ＴＮＴｓ和石墨烯的主要特性相较于纯物质均无明显变化ꎬ保留了原有性质ꎮ通过光催化速率测试检验ꎬＴＮＴｓ￣石墨烯复合材料相比于纯ＴＮＴｓ的催化效率提高３倍左右ꎮ石墨烯为ＴＮＴｓ的光催化过程提供了更丰富的电子移动路径ꎬ增大了有机分子在催化表面的浓度ꎬ提高了载流子的迁移率ꎬ从而提高了光催化效率ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[１]ＣＵＩＹꎬＫＩＭＳＮꎬＪＯＮＥＳＳＥꎬｅｔａｌ..Ｃｈｅｍｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｅｎａｂｌｅｄｂｙｐｈａｇｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｐｅｐｔｉｄｅｓ[Ｊ].ＮａｎｏＬｅｔｔ.ꎬ２０１０ꎬ１０(１１):４５５９￣４５６５.[２]ＡＭＢＲＵＳＺꎬＭＯＧＹＯＲÓＳＩＫꎬＳＺＡＬＡＩÁꎬｅｔａｌ..Ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓꎬｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｕｂｓｔｒａｔｅ￣ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｐｈｏ￣ｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＴｉＯ２ｗｉｔｈｔａｉｌｏｒ￣ｍａｄｅｒｕｔｉｌｅｔｏａｎａｔａｓｅｒａｔｉｏ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｃａｔａｌ.ＡＧｅｎ.ꎬ２００８ꎬ３４０(２):１５３￣１６１.[３]ＣＨＥＮＹＪꎬＳＴＡＴＨＡＴＯＳＥꎬＤＩＯＮＹＳＩＯＵＤＤ.ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓＴｉＯ２ｆｉｌｍｓｗｉｔｈｕｌｔｒａｆｉｎｅａｎａｔａｓｅｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ[Ｊ].Ｓｕｒｆ.Ｃｏａｔ.Ｔｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２００８ꎬ２０２(１０):１９４４￣１９５０.[４]ＮＯＶＯＳＥＬＯＶＫＳꎬＭＣＣＡＮＮＥꎬＭＯＲＯＺＯＶＳＶꎬｅｔａｌ..ＵｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｑｕａｎｔｕｍＨａｌｌｅｆｆｅｃｔａｎｄＢｅｒｒｙ ｓｐｈａｓｅｏｆ２πｉｎｂｉｌａｙｅｒｇｒａｐｈｅｎｅ[Ｊ].Ｎａｔ.Ｐｈｙｓ.ꎬ２００６ꎬ２(３):１７７￣１８０.[５]ＷＯＡＮＫꎬＰＹＲＧＩＯＴＡＫＩＳＧꎬＳＩＧＭＵＮＤＷ.Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｃａｒｂｏｎ￣ｎａｎｏｔｕｂｅ￣ＴｉＯ２ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].Ａｄｖ.Ｍａｔｅｒ.ꎬ２００９ꎬ２１(２１):２２３３￣２２３９.[６]ＹＡＯＹꎬＬＩＧＨꎬＣＩＳＴＯＮＳꎬｅｔａｌ..ＰｈｏｔｏｒｅａｃｔｉｖｅＴｉＯ２/ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ:ｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ[Ｊ].Ｅｎｖｉ￣ｒｏｎ.Ｓｃｉ.Ｔｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２００８ꎬ４２(１３):４９５２￣４９５７.１８２㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４０卷[７]ＬＯＮＧＹＺꎬＬＵＹꎬＨＵＡＮＧＹꎬｅｔａｌ..ＥｆｆｅｃｔｏｆＣ６０ｏｎｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆＴｉＯ２ｎａｎｏｒｏｄｓ[Ｊ].Ｊ.Ｐｈｙｓ.Ｃｈｅｍ.Ｃꎬ２００９ꎬ１１３(３１):１３８９９￣１３９０５.[８]ＷＡＮＧＷＤꎬＳＩＬＶＡＣＧꎬＦＡＲＩＡＪＬ.Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｃｈｒｏｍｏｔｒｏｐｅ２ＲｕｓｉｎｇｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＴｉＯ２/ａｃｔｉｖａｔｅｄ￣ｃａｒｂｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃａｔａｌｙｓｔｓ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｃａｔａｌ.ＢＥｎｖｉｒｏｎ.ꎬ２００７ꎬ７０(１￣４):４７０￣４７８.[９]ＨＵＭＭＥＲＳＪＲＷＳꎬＯＦＦＥＭＡＮＲＥ.Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｉｃｏｘｉｄｅ[Ｊ].Ｊ.Ａｍ.Ｃｈｅｍ.Ｓｏｃ.ꎬ１９５８ꎬ８０(６):１３３９.[１０]ＢＡＬＡＣＨＡＮＤＲＡＮＵꎬＥＲＯＲＮＧ.Ｒａｍａｎｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅ[Ｊ].Ｊ.ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｈｅｍ.ꎬ１９８２ꎬ４２(３):２７６￣２８２.[１１]ＫＩＭＳＷꎬＫＨＡＮＲꎬＫＩＭＴＪꎬｅｔａｌ..ＳｙｎｔｈｅｓｉｓꎬｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎꎬａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＺｒꎬＳｃｏ￣ｄｏｐｅｄＴｉＯ２ａｓｖｉｓｉｂｌｅ￣ｌｉｇｈｔａｃｔｉｖｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔ[Ｊ].Ｂｕｌｌ.ＫｏｒｅａｎＣｈｅｍ.Ｓｏｃ.ꎬ２００８ꎬ２９(６):１２１７￣１２２３.[１２]ＰＥＲＥＲＡＳＤꎬＭＡＲＩＡＮＯＲＧꎬＶＵＫꎬｅｔａｌ..Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ￣ＴｉＯ２ｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ[Ｊ].ＡＣＳＣａｔａｌ.ꎬ２０１２ꎬ２(６):９４９￣９５６.[１３]ＫＡＭＡＴＰＶ.Ｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｂａｓｅｄｎａｎｏａｓｓｅｍｂｌｉｅｓｆｏｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ[Ｊ].Ｊ.Ｐｈｙｓ.Ｃｈｅｍ.Ｌｅｔｔ.ꎬ２０１１ꎬ２(３):２４２￣２５１.陈越(１９９２－)ꎬ女ꎬ吉林省吉林市人ꎬ硕士研究生ꎬ２０１４年于北京交通大学获得学士学位ꎬ主要从事石墨烯及其复合材料的理论与应用方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１４１２１５６４＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ何大伟(１９６０－)ꎬ男ꎬ北京人ꎬ博士ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ１９９８年于中国科学院长春物理研究所获得博士学位ꎬ主要从事复合发光的动力学㊁能量传递㊁瞬态光谱及发光材料和器件方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｄｗｈｅ＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ。
tio2纳米材料的制备与表征
tio2纳米材料的制备与表征制备和表征二氧化钛（TiO2）纳米材料是一项重要的科学任务，由于其广泛的应用领域，包括光催化、太阳能电池、光电器件、光致发光、药物载体和生物成像等。
下面将介绍一种常用的制备和表征TiO2纳米材料的方法。
制备目前，制备TiO2纳米材料的主要方法包括化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法、水热法、微波等离子体化学方法等。
这里我们以水热法为例。
水热法是一种在高温高压条件下，利用水作为溶剂，使原料在其中发生化学反应并形成结晶的方法。
制备TiO2纳米材料的水热法通常包括以下步骤：1.将一定量的钛酸丁酯（Ti(OC4H9)4）和适量的硝酸（HNO3）溶液混合，搅拌均匀。
2.将上述混合液转移到高压反应釜中，密封后置于烘箱中加热至指定温度（通常为150-250℃）。
3.在该温度下保持一定时间（例如1-10小时），使钛酸丁酯和硝酸发生水热反应，生成二氧化钛（TiO2）纳米颗粒。
4.待反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，取出产物。
5.用去离子水冲洗产物，去除可能存在的杂质。
6.最后，将产物进行干燥，得到TiO2纳米材料。
表征为了确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料，以及其结构和形貌等性质，我们通常会使用一系列表征方法。
1.X射线衍射（XRD）：XRD可以用于确定材料的晶体结构和相组成。
通过对比标准PDF卡片，可以确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料。
2.扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：SEM和TEM可以用于观察材料的形貌和尺寸。
通过这些方法，我们可以了解到制备得到的TiO2纳米材料的形状、大小以及分布情况。
3.光电子能谱（XPS）：XPS可以用于分析材料的化学组成和化学状态。
通过这种方法，我们可以确认制备得到的物质是否含有Ti、O元素，并得到它们的比例。
4.紫外-可见光谱（UV-Vis）：UV-Vis可以用于研究材料的电子结构和光学性质。
通过这种方法，我们可以得到制备得到的TiO2纳米材料的吸收边和带隙等信息。
水热法制备纳米二氧化钛材料研究进展
机 材料处理的一种有 效方法 ，具 有操作 工艺简 单 ，条 件易 控制 ，制备产物纯度高 、分散性好 ，成本较低 ，环境友 好 ，
便 于实现工业化等优 点 ，且无 需后续 的煅烧 过程 ，从 而可 以有效避免材料之 间团聚现象 的 出现 。近年来 溶剂热 法 的 研 究也越来越广泛 ，它 是水热 法的一 种延伸 工艺 ，与水热
出优 良的制备 方法 ，从而 获得 晶型好 、分 散 度高且催 化性
能优异 的纳米 二氧化钛材料一直是光催化 材料 的发展趋势 。 目前国内外 制备 Ｔ 的方 法多种 多样 ，主要分 为气相
染料敏化太 阳能 电池＿ １ 、传感 器［ １ 、生物 应用［ １ ］ 等 方面
显示 了广阔 的应用前景 ，成为学者们重点研究对象之一 。 自１ ９ ９ ８ 年Ｋ ａ ｓ ｕ ｇ ａ 等［ ４ ］ 首次采用水热法成功制备出直径
ｈ ｔ ｔ ｐ ：／ ／ ｗｕ ． ｃ ｖ ． ｃ ｍａ ｓ ｔ ｅ ｑ ． Ｃ Ｏ ＇ ｔ ｎ・ ５ ・
用研究 已非常普 遍。本 文着 重选 取水热 法制 备一 维及 二维 Ｔ ｉ 纳米材料的相关研究进行总结，介绍不 同形貌 Ｔ 的特
性及应用，并展望该领域今后的研究方 向。
管 。该法制备的纳米管形态结构通常受到前 驱体粒 径、水热
温度和 时间 、碱 液类 型 和浓 度 、酸洗 浓度 等 因素 的影 响 。
中国材料科技与设备 （ 双月 刊）
水热法制备纳米二 氧化钛材料研究进展
２ ０ １ ３年 ・ 第 ３期
水 热 法 制 备 纳 米 二 氧 化 钛 材 料 研 究 进 展
王 玲
（ 杭州市特种设备检测 院 ，浙 江 杭州 ３ １ ０ ０ ０ ３ ）
TiO2纳米管的制备表征及储氢性能研究
TiO2纳米管的制备及储氢性能研究摘要作为一种新型的清洁能源，氢的廉价制取、安全高效储存、与输送及规模应用是当今研究的重点课题，而氢的储存是氢能应用的关键。
优良的储氢材料是突破储氢技术的重点。
本文主要研究TiO2纳米管的制备及其储氢性能。
①采用阳极氧化法分别在有机和无机电解液中制备TiO2纳米管，通过SEM、XRD、EDS分析表征其表面形貌、组成成份，结果显示有机溶剂中制备的TiO2纳米管管径大约180nm左右；无机溶剂中制备出TiO2纳米管管径在70-100nm左右，管长在300nm以内。
②利用脉冲电沉积技术将PbO2沉积在TiO2纳米管上，通过SEM、XRD、EDS对其进行表征。
应用循环伏安和充放电实验研究了沉积PbO2前后TiO2纳米管的储氢性能。
结果表明，TiO2纳米管具有储氢性能；储氢量为0.01wt%，表面沉积一层PbO2后储氢量有所提高达到0.1wt%。
关键词：TiO2纳米管；阳极氧化；储氢The study of Preparation and hydrogen-storage capacityof TiO2 nanotubesAbstractHydrogen becomes a new-type cleaning energy, hydrogen storage has become one of most important subjects currently. The paper mainly study on the preparation and the hydrogen-storage performance of TiO2 nanotube .①The TiO2 nanotube was prepared in the organic and inorganic solution by anodization . Morphology、structure and ingredients was characterized by SEM、XRD、EDS. The results show that the diameter of TiO2 nanotube in the organic solution and inorganic solution is about 180nm and 75nm ,respectively, length is less than 300nm in inorganic solution. ②PbO2 is deposited on the substrate of TiO2 nanotube by the pulse electrodeposition method. And the sample was detected by SEM、XRD、EDS. The hydrogen-storage performance of TiO2 nanotube is discussed through the Cyclic Voltammetry and charge- discharge cycling. The result indicates that TiO2 nanotube possess storage performance; The hydrogen-storage capacities of the TiO2nanotube was 0.01wt%. TiO2NT/ PbO2 hydrogen-storage capacities was0.1 wt%.Key words: TiO2 nanotube；anodize；hydrogen-storage目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2储氢材料的研究现状 (2)1.2.1储氢合金 (2)1.2.2金属有机骨架材料 (3)1.2.3金属氢化物储氢材料 (4)1.2.4碳质储氢材料 (4)纳米管 (5)1.3 TiO21.3.1 TiO2纳米管的制备 (6)1.3.2 TiO2纳米管的形成机理 (9)1.3.3 TiO2纳米阵列的应用 (10)1.4本论文研究思路和研究内容.................... 错误!未定义书签。
水热法制备二氧化钛纳米管光催化剂
862019年12月上 第23期 总第323期0 引言众所周知,纳米T i O 2是一种常见的无机功能材料,具有粒径小、比表面积大、稳定性好、紫外吸收能力强、催化活性高、电子传递速率高、价格低廉以及抗菌效果好等优点而受到国内外研究者广泛的关注。
相对于纳米TiO 2,TiO 2纳米管(T N T )具有较大的比表面积、独特的结构特征,因此具有较强的吸附能力和杀菌效果,特别是在光催化方向具有广阔的应用前景。
目前T N T 的制备方法主要有水热合成法、模板合成法、阳极氧化法等。
水热法合成T N T 有特殊的优点,被广泛应用。
具有成本低、无污染、无煅烧、操作简单、便于工业化生产等特点,而且生成的T N T 比表面积大、结晶度高、易于回收利用。
经过Kasuga等人的创新工作,由于其TNT迷人的微观结构和优异的性能,具有较大比表面积和孔体积已获得了有希望的重要前景。
可以使用水热法从结晶二氧化钛(T i O 2)颗粒和高浓度氢氧化钠(N a O H )溶液合成高质量的TNT。
影响结晶度和涡旋结构的关键参数是Na OH 的含量。
基于“使用氢氧化钠水解二氧化钛颗粒”的报道实验表明,确实可以形成含有类似于T i O 2的“T i -O 骨架”的纳米管结构。
然而,已经认识到大量的钠(N a )被引入这些纳米管中。
这些纳米管的壁被认为具有层状结构。
许多小组试图修改工艺或分析所得二氧化钛或T N T 的结构。
T N T 的形成机制和真正组成仍在争论中。
另外,从实际应用的角度来看,诸如在各种N a O H 浓度下的结构稳定性和相应的结晶相以及煅烧温度的问题仍有待解决。
与不同晶体结构和组成,温度转变和浓度变化有关的差异清楚地表明仍需要对该主题进行进一步研究。
二氧化钛作为新兴的半导体催化剂,无毒,且不会在粒子表面生成物质影响反应速率,具有较稳定的化学性质,在催化有机废水分解中不会像无机物(Fe 2O 3)一样发生阴极光腐蚀,亦不像C d S 一样发生阳极光腐蚀,或者说,二氧化钛是较理想的水分解催化剂。
水热法制备纳米TiO2及影响因素的研究
毕业论文精品文档，你值得期待题目：水热法制备纳米TiO2及影响因素的研究学院：物理与电子工程学院专业：物理学毕业年限：2014届学生姓名：***学号：************指导教师：***目录摘要 (1)1. 引言 (1)2. 纳米TiO2简介 (2)2.1 纳米TiO2的晶体结构 (2)2.2 纳米TiO2的性能 (3)2. 3 纳米TiO2的制备方法 (3)3. 水热法 (4)3. 1 水热法简介 (4)3. 2 水热反应的基本原理 (4)3. 3 水热反应的主要特点 (5)4.水热法制备不同形态二氧化钛纳米材料 (5)4. 1 水热法制备TiO2纳米管 (5)4. 2 水热法制备TiO2纳米棒(线) (6)4. 3 水热法制备TiO2纳米带 (7)4. 4 水热法制备TiO2纳米片 (8)5.水热制备纳米TiO2的影响因素 (8)5. 1 前驱体 (8)5. 2 温度 (10)5. 3 溶液pH 值 (11)5. 4 反应时间 (12)6. 总结 (13)参考文献 (13)致谢 (17)水热法制备纳米TiO2材料及其影响因素的研究姓名：苏小峰指导老师：陈建彪届别：2014届专业：物理学班级：2班学号：201072010252摘要：纳米TiO2因具有良好的光催化活性、光电转化、光致发光特性等优点而倍受关注。
在其众多制备方法中，水热法具有操作工艺简单、成本低廉、不产生二次污染等优点。
本文简述了水热法制备的机理及其特点，介绍了常见的二氧化钛纳米管、棒、带及片的水热法制备，详细考察了水热合成中前驱体浓度、溶液pH、反应温度和反应时间对所制备的纳米TiO2 晶型、形貌和晶粒尺寸的影响。
结果表明：溶液pH 值主要决定产物的晶型，水热反应温度决定产物生长维度，而前驱体浓度和反应时间是影响产物晶粒尺寸和形貌的主要因素。
关键词：二氧化钛；水热法；纳米材料；Abstract: Because of the advantages of high photocatalytic activity, good photoelec- tric conversion, the photoluminescence properties and so on, Nano-TiO2materials have been researched with much interest at home and abroad. Among the methods prepared nano-TiO2, hydrothermal synthesis is simple and low cost method with no secondary pollution, which is a popular topic. This paper describes the formation mechanism, characteristics and four products of nanotube, nanorod, nanobelt and nanosheet of hydrothermal method. More importantly, the effects of precursor concentration, solution pH, reaction temperature and reaction time on the preparation of nano-TiO2polymorphs, morphology and grain size are emphatically introduced. The results show that the pH value can result in some changes of crystal structure; the product of the hydrothermal reaction temperature determines the dimensions of growth,whereas the precursor concentration and reaction times are major factors to influence the grain size and morphology of product.Keywords: TiO2; hydrothermal method; nanomaterials引言二氧化钛(TiO2)作为一种化合物半导体，具有良好的禁带宽度、较高的催化活性、抗光腐蚀及无毒、稳定性好等优点。
一种水热制备光催化tio2的方法及光催化tio2
一种水热制备光催化TiO2的方法及光催化TiO2随着环境污染问题日益严重，光催化技术作为一种新型的污染治理技术受到了越来越多的关注。
TiO2作为一种重要的光催化材料，在环境治理中具有广阔的应用前景。
本文将介绍一种水热制备光催化TiO2的方法，并探讨其光催化性能及应用前景。
一、水热法制备TiO2材料的原理水热法是指在高温高压水溶液中溶解一定物质，然后在相应的温度、压力下析出晶体。
以水合氯化钛为原料，在水热条件下进行反应可以得到纳米级的TiO2材料。
该方法具有工艺简单、操作方便、反应过程中产生的副产物少等优点。
二、水热法制备TiO2材料的步骤1.溶液制备：将一定量的水合氯化钛溶解在水溶液中，并加入适量的碱溶液用于调节溶液的pH值。
2.水热反应：将上述溶液置于高温高压水环境中进行水热反应，控制反应时间和温度。
3.固-液分离：将反应得到的沉淀固-液分离，沉淀经过洗涤和干燥得到TiO2材料。
三、水热法制备TiO2材料的光催化性能通过SEM、XRD、UV-vis等测试手段对水热法制备的TiO2材料进行性能测试，结果表明，该材料具有较高的比表面积和结晶性，吸收范围广，能够吸收紫外光并产生光生电子-空穴对。
该材料在光催化分解有机废水、光催化降解有机污染物等方面展现出良好的活性。
四、水热法制备TiO2材料的应用前景水热法制备的TiO2材料具有制备工艺简单、成本低廉等优点，同时在光催化领域具有较高的活性，因此在废水处理、大气治理、光催化杀菌等方面具有广阔的应用前景。
另外，通过掺杂、复合等方法进一步改性可使其光催化性能得到提高，拓展其应用领域。
水热法制备的TiO2材料具有良好的光催化性能及广阔的应用前景，为环境治理提供了新的技术途径。
未来，我们可以进一步加强对水热制备方法的研究，提高TiO2材料的光催化性能，推动其在环境治理中的应用。
水热法制备TiO2材料已经被证明具有良好的光催化性能和广泛的应用前景。
然而，随着社会的发展和环境污染问题的日益严重，对于光催化TiO2材料的研究也在不断深入。
一步水热法制备N,S(F)共掺杂TiO2纳米管及其可见光催化性能
水 热 法 制 备 可 见 光 响 应 的 不 同 非 金 属 共 掺 杂 Ｔｉ Ｏ 纳 米管 （ Ｔ ｉ ｏ２ ＮＴ） 。通 过 Ｓ Ｅ Ｍ、 ＴＥ Ｍ、 ＸＲ Ｄ、 Ｂ Ｅ Ｔ、 Ｆ Ｔ －
不降 低 紫 外 光 利 用 率 的 同 时 ， 提 高 其 可 见 光 利 用 率口 ¨ ， 同时 还 可 以有 效 降 低 电荷 载 流 子 复 合 速 率 。 非金 属元 素掺 杂 Ｔ ｉ Ｏ。的原 理 是 在 Ｔ ｉ Ｏ 晶 格 中 增 加 氧 空 位， 或 非 金 属 元 素 部 分 取 代 品 格 氧 ，形 成 Ｔ ｉ Ｏ。 一 Ａ （ Ａ代 表非 金 属元 素 ） 晶体 ， 降低 了 Ｔｉ Ｏ。的
Ｔ ｉ Ｏ ＮＴ。制 备非金 属共 掺杂 纳 米 管是 在 高 压釜 中分
禁带 宽度 ， 从而 拓宽 Ｔｉ Ｏ。的光响 应范 围 。 目前 用于 光 催 化 的 Ｔ ｉ Ｏ 主 要 有 纳 米 颗 粒 、 纳 米
匀， 超声 搅拌 后放 入高压 釜恒温若 干小 时后 ， 用 蒸馏 水
洗涤至 中性 ， 再用 ｐ Ｈ 值 一１的 稀盐 酸 搅 拌酸 洗 ， 烘 箱 中８ Ｏ ℃干燥 ， 即得 钛 酸 纳 米 管 。最 后 在 空气 气 氛 中 ， ５ ０ ０ 。 Ｃ恒温 ２ ｈ ， 冷却 至室 温 ， 即得 Ｔｉ Ｏ 纳米 管 ， 标记 为
光利 用率 。在 可 见 光 辐 照 下 ， 硫脲掺 杂 Ｔ ｉ Ｏ。纳 米 管
（ Ｎ， Ｓ — Ｔ ｉ Ｏ。 Ｎ Ｔ） 复合 材料 的光 催化 性 能最好 ， 反 应
水热法合成TiO2纳米粉体材料
《水热法合成TiO2纳米粉体材料》实验目的：1、了解水热法制备纳米氧化物的原理及实验方法2、研究TiO2纳米粉制备的工艺条件3、学习用X射线衍射法(XRD)确定产物的物相结构4、学习用扫描电子显微镜检测产物的形貌及尺寸实验原理：在水热体系中，TiO2晶体的结晶过程包括成核过程和生长过程。
随着体系温度的升高，尿素缓慢分解，(NH2)2CO + H2O = 2NH3 + CO2，尿素的分解使溶液的pH值增大。
前驱物中的Ti4+发生如下水解反应：Ti4+ + (n+2) H2O↔TiO2·nH2O + 4H+，溶液的pH值增大，碱性增强，有利于上述水解反应向右进行。
随钛离子水解过程的进行，在形成的晶核上逐渐长大成为水合二氧化钛颗粒。
随着水热体系温度的进一步升高，水合二氧化钛的结晶水脱去，生成纳米二氧化钛微晶。
实验仪器：电子天平，不锈钢压力釜（高温型），恒温箱（带控温装置），离心机，X射线粉末衍射仪，扫描电子显微镜，玻璃仪器若干等。
实验试剂：硫酸氧钛，硫酸钛，尿素，硝酸钡，无水乙醇等。
实验步骤：1、TiO2纳米粉的合成将尿素加入到Ti(SO4)2水溶液中，搅拌至尿素完全溶解后，将溶液加入到高压釜中进行水热沉淀反应，填充度为80%。
所得产物用去离子水反复洗涤，至滤液中不再检出SO42-，最后在80℃下干燥8h得产物。
实验条件：硫酸钛摩尔浓度为0.5M，尿素摩尔浓度为1.0M，用水热沉淀法在140～280℃保温2～6h。
2、用X射线衍射法(XRD)确定产物的物相结构用X射线粉末衍射仪测定产物的物相，利用物质的XRD衍射数据库对照样品的结果，确定目标产物是否是TiO2。
实验结果文件转变为数据文档，利用软件origin 进行处理。
3、用扫描电子显微镜检测产物的形貌及尺寸按照扫描电子显微镜的要求，制作样品，利用SEM 观察产物的形貌及尺寸，并copy产物电镜照片的电子文档。
讨论与思考：1、水热法合成无机材料具有哪些特点？2、用水热法合成TiO2纳米粉体材料过程中，哪些因素影响产物的粒子大小及其分布？3、如何减少纳米粒子在干燥过程中的团聚？4、查阅资料比较水热法与溶剂热法合成纳米材料的异同。
水热法制备TiO2纳米管阵列
万方数据 万方数据第１期李纲等：水热法制备Ｔｉ０２纳米管阵列图１不同水热处理时间制备的Ｔｉ０２纳米管阵列的ＦＥ－ＳＥＭ照片Ｆｉｇ１ＦＥ．－ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅａｓ－－ｐｒｅｐａｒｅｄｔｉｔａｎｉａｎａｎｏｔｕｂｅａｒｒａｙｓｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａ［ｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｍｅｓ（ａ）６０ｍｉｎ；（ｂ）９０ｒａｉｎ；（ｃ）１２０ｍｉｎ；（ｄ）１８０ｍｉｎ；（ｅ）９０ｒａｉｎ（ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎａｌｖｉｅｗ）子消耗剂（如Ｈ３８０３，Ａ１２０３，Ａ１等）之间发生配位体置换，驱动金属氟化物的水解反应向正向移动，从而使前驱体物质的缓慢水解所生成的金属氧化物或者氢氧化物的过饱和溶液在基体上均匀地沉积下来．液相沉积的一个重要特征是水解产物通常倾向于在有羟基的位置沉积．对本文而言，沉积液（ＮＨ４）２ＴｉＦ６是大大过量的，当ＡＡＯ模板的表面反应完全后，继续延长反应时间，［ＴｉＦ６］２一将继续水解，水解生成的［ＴｉＦ６．。
（ＯＨ）。
］２一或［Ｔｉ（ＯＨ）。
］２一将与ＡＡＯ模板表面先前已生成的Ｔｉ０２微粒通过羟基的桥联作用，并发生脱水缩合反应，析出更多的ＴｉＱ堆积在前期生成的颗粒表面，从而形成了表面被完全覆盖的形貌．这一点从纳米管阵列的管径和管壁随水热时间的延长分别趋于减小和增厚可以得到证实．图１（ｅ）是水热处理时间为９０ｍｉｎ所得纳米管阵列的断面照片，与图１（ｂ）所示纳米管阵列的表面管与管之间共用管壁、互连的现象不同，在垂直于铝基的方向上出现了不连续、相互分离的管状结构．管壁亦由众多微细颗粒堆积而成，平均粒径为２５ｒｉｍ．由此可见，为了制备出具有规整形貌的ＴｉＯ：纳米管阵列．选择适当的水热处理时间至关重要．２．２ＥＤＳ分析表１列出了不同水热处理时间下所得纳米管阵列表面的ＥＤＳ分析结果．由表可见，三个样品的主要成分均为Ｔｉ和ｏ，证实所得纳米管阵列的化学组成是Ｔｉ０２．此外，ＥＤＳ还检测到了Ｆ的存在，这来源于起始反应物质（ＮＨ４）２ＴｉＦ６．类似地，文献［２７］采用液相沉积法制备ＴｉＯ，薄膜时也检测到了杂质Ｆ的存在．从表１还可以看出，当水热处理时间为６０ｍｉｎ时所获得的纳米管阵列表面有１．００％的Ａｌ残留，表明ＡＡＯ模板未能反应完全，而水热处裹１不同水热处理时间所得纳米管阵列表面成分的ＥＤＳ分析结果Ｔａｂｌｅ１ＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｎａｎｏｔｕｂｅａｒｒａｙｓｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｙｄｒｏｔｈｅｒｒｎａｌｍｅｎｔｔｉｍｅｓＴｒｅａｔｍｅｎｔｔｉｍｅ篁！型竺竺墅！！竺鬯墅苎！（ｍｉｎ）ＯＴｉＡ】Ｆ 万方数据 万方数据第１期李纲等：水热法制备Ｔｉ０２纳米管阵列４１圈３水热法制备Ｔｉ０２纳米管阵列的形成过程示意图Ｆｉｇ３ＳｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＴｉＯｚｎａｎｏｔｕｂｅａｒｒａｙｓｂｙｔｈｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄ由于形成的Ｔｉｏ，纳米颗粒并不是完全致密的，颗粒之间可能存在着间隙，这就为［ＴｉＦ６］２一进入管壁的内部提供了条件．［ＴｉＦ６］２一越过最初生成的ＴｉＯ：颗粒后，沿垂直于模板管壁方向（从外向里）和垂直于铝基方向（从上至下）继续与ＡＡＯ模板反应（图３（ｄ）），通过不断的模板消耗一水解产物沉积一模板再消耗一水解产物再沉积过程，从而得到了纳米管阵列．本实验所得Ｔｉ０２纳米管阵列区别于多孔阳极氧化铝模板的最大特征就是在断面方向上形成了独立的管状结构（图３（ｅ））．这种管状结构的形成是由于模板的管壁外表面被［ＴｉＦ。
水热法制备TiO2纳米材料
水热法制备TiO2纳米材料实验目的：采用水热法，制备了不同晶相的二氧化钛( 即锐钛矿相和金红石相) 。
实验原理：以无水TiCl4为原料制备出的纳米晶是锐钛矿相的, 而用钛酸四正丁酯制备的纳米晶是金红石相的。
两者的晶相有所不同, 这是因为无水TiCl4 中加入水后水解剧烈, 已经直接生成了大量的锐钛矿相TiO2。
而钛酸四正丁酯中加入水后, 水解速度较慢, 首先生成锐钛相TiO2, 而生成的锐钛矿相TiO2 颗粒较小, 故其反应的活性较大。
在水热反应过程中, 如果保温时间足够长, 就有可能由锐钛矿相完全转变为金红石相。
采用本方法制备出的金红石相的TiO2 纳米晶相的过程更简单、反应温度更低。
实验药品，器材无水TiCl4、钛酸四正丁酯、HCl 溶液(12 mol/L) X 射线衍射（XRD）、透射电子显微镜( TEM) 高压反应釜、高速离心机、恒温干燥箱实验过程：T iO 2 纳米颗粒的制备(1)以无水TiCl4 为原料取容量为10 mL 的小量筒1 只, 将其放进干燥箱彻底干燥后(因为TiCl4 极易水解)取出, 量取2 mL 的无水TiCl4。
把量筒内的无水TiCl4 倒入已经清洗干净、并且已经干燥过的高压反应釜的内衬中。
用容量为20 mL的量筒量取20 mL 蒸馏水并快速倒入反应釜的内衬中。
反应温度为120 ℃, 时间为5 h 。
样品自然冷却后, 用蒸馏水和无水乙醇冷却, 直接用于XRD 和TEM 的观测。
( 2) 以钛酸四正丁酯为原料用量筒量取2 mL 的钛酸四正丁酯倒入反应釜的内衬后, 以体积比为1 ∶10 量取20 mL 蒸馏水, 将蒸馏水倒入内衬和钛酸四正丁酯混合后放入烘箱中。
反应温度为120 ℃, 时间为5 h 。
样品自然冷却后, 用蒸馏水和无水乙醇冷却, 直接用于XRD 和TEM 的观测。
数据记录参考文献：夏金德. 水热法制备二氧化钛纳米材料[J].安徽工业大学学报,2007 ,24（2）140- 141.肖逸帆，柳松. 纳米二氧化钛的水热法制备及光催化研究进展[J].硅酸盐通报,2007, 26(3)523-527。
水热法制备纳米材料
实验名称：水热法制备纳米TiO2水热法属于液相反响的范畴，是指在特定的密闭反响器中采用水溶液作为反响体系，通过对反响体系加热、加压而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
在水热条件下可以使反响得以实现。
在水热反响中，水既可以作为一种化学组分起反响并参与反响，又可以是溶剂和膨化促进剂，同时又是一种压力传递介质，通过加速渗透反响和控制其过程的物理化学因素，实现无机化合物的形成和改良。
水热法在合成无机纳米功能材料方面具有如下优势：明显降低反响温度〔100-240℃〕；能够以单一步骤完成产物的形成与晶化，流程简单；能够控制产物配比；制备单一相材料；本钱相对较低；容易得到取向好、完美的晶体；在生长的晶体中，能均匀地掺杂；可调节晶体生成的环境气氛。
一．实验目的。
3.熟悉XRD操作及纳米材料表征。
4.通过实验方案设计，提高分析问题和解决问题的能力。
二．实验原理水热法的原理是：水热法制备粉体的化学反响过程是在流体参与的高压容器中进行，高温时，密封容器中有一定填充度的溶媒膨胀，充满整个容器，从而产生很高的压力。
为使反响较快和较充分的进行，通常还需要在高压釜中参加各种矿化物。
水热法一般以氧化物或氢氧化物〔新配置的凝胶〕作为前驱物，他们在加热过程中溶解度随温度的升高而增加，最终导致溶液过饱和并逐步形成更稳定的氧化物新相。
反响过程的驱动力是最后可溶的的前驱物或中间产物与稳定氧化物之间的溶解度差。
三．实验器材实验仪器：10ml量筒；胶头滴管；50ml烧杯；高压反响釜；烘箱；恒温磁力搅拌器。
实验试剂：无水TiCl4；蒸馏水；无水乙醇。
四．实验过程1.取10mL量筒, 50mL的烧杯洗净并彻底枯燥。
2.取适量冰块放入烧杯中，并参加一定的蒸馏水形成20mL的冰水混合物，用恒温磁力搅拌器搅拌，速度适中。
，缓慢滴加到冰水混合物中。
量筒量取2mL的无水TiCl44.继续搅拌10min,即可得到TiO的乳浊液。
25.将制得的乳浊液放入到高压反响釜内，在120℃的控温烘箱中反响5h后取出。
实验三_水热法制备纳米二氧化钛
水热法制备纳米二氧化钛一、实验目的1、了解水热法制备纳米二氧化钛的原理、方法和操作2、掌握根据实验原理选择实验装置的一般方法。
选择理由：优势：直接制备结晶良好且纯度高的粉体，需作高温灼烧处理，避免形成粉体硬团聚，粒径分布均匀。
缺点：反应时间长、杂质离子难以除去、纯度不高。
二、实验原理TiO2在自然界中存在三种晶体结构：金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中金红石型和锐钛矿型TiO2均具有光催化活性，尤以锐钛矿型光催化活性最佳，两种晶型结构如图1.1所示。
OTi图1 二氧化钛的晶体结构二氧化钛的用途极为广泛,目前已经用于化工、环保、医药卫生、电子工业等领域。
纳米二氧化钛具有良好的紫外线吸收能力,且具有很好的光催化作用,因而可以用做织物的抗紫外和抗菌的整理剂。
纳米二氧化钛制备原理如下:Ti(OC4H9)4+2H2O TiO2+4C4H9OH可分为两个独立的反应，即：Ti(OC4H9)4+xH2O Ti(OC4H9)4-x OH x+xC4H9OHTi(OC4H9)4-x OH x+Ti(OC4H9)4(OC4H9)4-x TiO x Ti(OC4H9)4-x+xC4H9OHa = 4.593Åc = 2.959ÅEg=3.1eVρ= 4.250 g/cm30212.6fG∆=-a = 3.784 Åc = 9.515ÅEg=3.3eVρ= 3.894 g/cm30211.4/fG kcal mol∆=-当x=4时水解完全,反应为可逆反应,因此在反应过程中保持足够量的水保证醇盐水解完全。
三、主要仪器与药品1．仪器磁力加热反应器，水热反应釜（60ml），250ml烧杯，100ml量筒，电子分析天平, pH试纸。
2．试剂钛酸丁酯(化学纯); 二乙醇胺、十二胺(化学纯); 氨水(稀释至30％)、无水乙醇（分析纯），去离子水。
四、操作步骤在盛有0.5g表面活性剂十二胺的烧杯中加入20ml二次蒸馏水, 在磁力搅拌下使之充分溶解(可以适当加热), 然后加入氨水调节pH值至10。
实验1 水热法制备TiO2纳米半导体材料
水热法制备TiO2纳米半导体材料一、实验目的1.了解水热法合成纳米半导体材料的特点；2.掌握用水热法制备TiO2纳米半导体材料的方法及具体操作流程。
二、实验原理水热法材料合成是指在特制的密闭反应釜中，以水作为溶剂，通过对反应体系加热和水的自身蒸汽压，创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
在高温高压水热体系中，水的性质将发生很大变化。
例如：水的离子积和蒸汽压变高，介电常数、密度、粘度和表面张力均变低等等。
此时，物质在水中的物性与化学反应性能均发生很大变化，因此水热反应与普通反应有很大的差别。
一些热力学分析上可能进行，而在常温常压下受动力学条件影响进行缓慢或难于进行的反应，在水热条件下变得可行。
相对于传统制备无机功能材料的方法，水热法有以下特点：1) 低中温液相控制，能耗较低，且适用性广，可以合成各种形态的材料；2) 原料相对价廉，工艺较为简单，反应产率高，可以直接得到物相均匀、结晶完好、粒度分布窄的粉体，而且产物分散性好、纯度高；3) 合成反应始终在密闭反应釜中进行，可控制气氛而形成合适的氧化还原条件，实现其它手段难以获取的某些物相的生成和晶化，尤其是有利于有毒物质体系，尽可能减少污染。
目前，水热合成法作为一种新近发展起来的纳米制备技术，在纳米晶的液相合成和控制方面已经显示出其独特的魅力，相信其在新兴材料制备领域必将发挥越来越重要的作用。
采用Ti(SO4)2为前驱物制备TiO2粉体的反应机理如下：Ti4+ + 4 H2O → Ti(OH)4 + 4 H+( 1 )Ti(OH)4→ TiO2 + 2H2O ( 2 ) Ti(SO4)2在水中溶解生成Ti4+离子，Ti4+离子经过水解生成难溶于水的Ti(OH)4 ，Ti(OH)4聚集在一起形成初级粒子，脱水生成TiO2颗粒。
反应( 1 )是个可逆反应，存在一个平衡点，随着水热反应的进行，生成越来越多的H+，H+的增多会促使反应向逆反应方向进行，抑制Ti4+的水解。
铝基阳极氧化铝模板水热法制备TiO2纳米管阵列
制备 的 Ｔｉ， Ｏ 纳米 管 阵列 无 需 热 处 理 便 已具 有 明显 的 锐 钛 矿 型 晶 相 特 征 ．
关键 词 ：二 氧化 钛 ； 米 管 阵列 ； 基 ；阳极 氧 化 铝 模 板 ； 热 合 成 纳 铝 水
中 图分 类 号 ： ６ ３ ０ ４ 文献标识码 ： Ａ
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Ｔｉ２由于在 光催 化 ｌ 、 阳能 电池＿ 和气 体传 Ｏ １太 Ｊ ２ Ｊ 感器 ｌ 等领域 表现 出优异 性能 而备 受瞩 目．纳 米管 ３ 阵列 是 Ｔｉ，存 在 的 又 一 种 形 式 ， 其 它 形 式 的 Ｏ 与
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第２ ９卷 第 ８期
Ｖｏ ．２９ Ｎ ｏ．８ １
催
化
学 报
２０ ０ ８年 ８月
Ａ ｕ ｓ ００ ｇｕ ｔ２ ８
Ｃ ｉ ｅｅ ｏｔｎ Ｚｏ Ｃ ｔ ｌｓ ｈ ｎ ｓ ｇ ａ ｆ ａ ａｙ ｉ Ｊ ｒ ｓ
文 章 编 号 ： ２ ３９ ３ （０ ８ ０ ６ ００ ０ ５ —８ ７ ２ ０ ） ８０ ８ —３
恒压 阳极 氧化 ， 氧化 时间 为 １ｈ ．将 一次 氧化过 的铝
片在 １ ８ ． ％Ｈ２ ｒ ４和 ６ ０ ＣＯ ． ％Ｈ３ Ｏ Ｐ ４混 合溶 液 （ 积 体 比 １ １ 中浸 泡 １ ，去 除 表 面 第一 次氧 化 形 成 的 ：） ６ｈ 氧化膜 ． 除 膜后 的 铝 片第 二 次 阳极 氧 化 ， 化 条 将 氧 件 与第 一次 相 同 ， 只是 将氧 化时 间延长 至 ２ｈ 最 后 ． 在 ３ ０℃ 的 ５ ０ ． ％Ｈ Ｐ ４ 液 中扩 孔 １ ｉ ， 得 ３Ｏ 溶 ０ｒ ｎ 获 ａ
水溶 液 中 ， 过水 热 处 理 在 铝基 底 上 制 备 出 了具 有 通 结 晶形 态 的 Ｔｉ， ０ 纳米 管 阵列 ． 采 用两 步 阳极 氧 化 法 制备 Ａ Ｏ 模 板 ．将 高 纯 Ａ 铝 片 （ 度 ９ ．９ ％ ，厚 度 ０ ５ ｍｍ） 切 割 成 ３ 纯 ９９９ ． 线 ０ ｍｍ×２ ０ｍｍ 的矩 形 片 ， ５ ０℃退 火 ４ｈ以 消 除 于 ０
TiO_2纳米管的水热合成表征及其光催化性能研究
0. 154 18 nm) ; HA TAC H I2600 透射电子显微镜 。 1. 2 试验方法 1. 2. 1 TiO2 纳米管的制备 称取一定量的金红石相 TiO2 纳米粉体置于装 有 10 mol/ L NaO H 的聚四氟乙烯高压釜中 ,密封后 放在烘箱中 383 K 保温 30 h 后取出 ,自然冷却到室 温 ,倒出溶液 ,用蒸馏水将沉淀物洗涤至中性后 ,分 散在 0. 1 mol/ L 的稀硝酸中超声 ,继续用蒸馏水洗 至中性 ,过滤后得到产品 。 1. 2. 2 光催化实验 在盛有 250 mL 次甲基兰溶液的石英容器中分别 加入一定量的 TiO2 纳米粒子和 TiO2 纳米管 ,通空气 搅拌使粉体充分悬浮。在高压汞灯照射下 ,经过一段 时间后 ,吸取一定量的上清液 ,进行离心分离和分光 光度测定 ,对比它们的光催化性能 。次甲基兰的最大 吸收波长为 662. 0 nm ,实验装置如图 1 所示 。
图 2 原料与 TiO2 纳米管的 XRD 图谱
2. 1. 2 透射电镜分析 从原料图 3 (a) 和样品图 3 ( b) 的 TEM 照片可以 看出 ,粒子直径约为 70 nm 左右的颗粒状 TiO2 原料 经过化学处理后已经转化成 TiO2 纳米管 。据文献 [ 8 ]报道 ,模板法制备的 TiO2 纳米管的管径为 100 nm 左右 ,而化学方法制备的 TiO2 纳米管的管径只 有 10 nm 左右 ,内径为 4～6 nm ,并且管形均匀整 齐 ,这意味着 TiO2 的比表面积和孔体积都得到了明 显的提高 。
Keywords : TiO2 nanot ube Hydrot hemeral Photocatalytic Dynamics Ult raviolet abso rption spect ra
水热法在二氧化钛纳米管上长金
水热法在二氧化钛纳米管上长金一、实验目的了解阳极氧化法、水热法的基本原理，掌握用水热法进行掺杂的实验方法二、实验原理（一）阳极氧化法制备TiO2金属钛在阳极电流的作用下失去电子, 不断和溶液中的水发生作用, 生成二氧化钛; 而生成的二氧化钛在HF 溶液的作用下发生溶解,不断地从钛片表面上脱离出来. 这两个过程可以用如下的化学反应式表示:Ti＋2H2O－4e－→TiO2 ＋4H＋TiO 2 ＋4H＋＋6F －→[TiF6 ]2 －＋2H2O（二）水热法进行掺杂水热法是在高温高压下在水溶液或蒸气等流体中进行有关化学反应的总称。
通常是在特别的反应器高压釜中,采用水作为反应体系,通过将反应体系加热至临界温度或接近临界温度,在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备。
得到的物质具有晶粒发育完整、粒度小、分布均匀、颗粒团聚较轻、可使用较为便宜的原料、易得到合适的化学计量物和晶形等优点。
TiO2纳米管、纳米纤维具有大的比表面积，较高的吸附能力，较强的光催化性能；若填充更小的无机、有机、金属或磁性纳米级颗粒，形成一维复合纳米材料，将会大大改善光电、电磁、催化及抗菌等性能。
水热法无需煅烧,避免硬团聚，可望制备出更高质量的产品。
基于这样的实验原理我们可在二样化钛纳米管上长金。
三、实验药品及器材氯金酸、二氧化钛纳米片、L-组氨酸反应釜、烧杯、PH计、量筒、剪刀四、实验步骤（一）阳极氧化钛片1.裁剪钛片、铂片，用洗涤剂清洗，再依次用丙酮、酒精、去离子水超生清洗10分钟，去除表面油脂及杂物。
用吹风机吹干，在烘干箱中彻底干燥。
2.清洗烧杯、配置溶液配置浓硫酸：将浓硫酸沿杯壁倒进水中，并用玻璃棒缓慢搅拌，搅动幅度不要太大，速度不要太快，冷却至室温。
若不慎溅到身上，应立刻用大量清水冲洗，并涂抹3%-5%NaHCO3溶液。
公式：C1V1=C2V23.阳极氧化在质量分数为0.5%的氟化铵和1.75mol/的硫酸（H2SO4）组成的低粘度电解质溶液中，以20V的电压将Ti片阳极氧化25分钟，并通过超声震掉刚刚生成的二氧化钛薄膜，用去离子水冲洗干净。