tio2wo3复合纳米材料制备及其光催化性能研究(附件)
本文通过水热合成法制备TiO2纳米微球，并通过场发射扫描电镜观测不同反应时间的TiO2纳米微球形貌及表征，选出形貌较为优异的纳米TiO2微球，通过低温沉积的方法制备TiO2-WO3纳米复合材料，用EDS及X射线衍射对所制备样品的表征及所含元素进行分析；然后通过模拟光催化实验比对TiO2纳米微球和TiO2-WO3纳米复合材料的光催化性能，通过实验可得出WO3与TiO2复合之后，其光催化性能明显优于单一的TiO2纳米微球。关键词 TiO2纳米微球，TiO2-WO3复合纳米材料，光催化性能研究
目录
1 绪论 1
1．1 TiO2的结构与基本性质 1
1．2 纳米TiO2的制备方法及特点 2
1.2.1 水热合成法 2
1.2.2 溶胶凝胶法 2
1.2.3 微乳液合成法 2
1．3 纳米TiO2光催化运用及发展状况 3
1.3.1 光催化反应原理 3
1.3.2 TiO2光催化的应用 3
1.3.3 纳米TiO2在太阳能电池中的运用 4
1.3.4 纳米TiO2在环保方面的运用 4
1.3.5 TiO2基材料在生物医学方面的运用 4
1.3.6 纳米TiO2在其他方面的运用 5
1．4 TiO2基复合材料 5
1.4.1 纳米TiO2金属及金属氧化物复合材料 5
1.4.2 CTiO2复合材料 6
1.4.3 TiO2基复合材料的优越性讨论 6
1．5 纳米TiO2基复合材料研究难点及存在的问题 7
1．6 课题研究的意义 8
2 TiO2WO3复合纳米材料制备及其光催化性能研究实验 9
2.1 实验原理框架图 9
2.2 实验所需的试剂、药品及仪器简介 10
2.3 水热法制备TiO2自组装微球 10
2.4 TiO2WO3复合纳米材料制备 12
2.5 光催化性能研究实验 13
3 实验结果与讨论 14
结 论 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
随着中国国民经济发展速度不断加快，人们生活水平不断提高；人们在日常生活中对不可再生能源的依赖程度越来越高。由于能源消耗过度造成不可再生能源日益枯竭以及对环境造成的污染日益加重，也给人类的生存环境带来了诸多方面的问题，如全球变暖、海平面上升等等，因此，能源过度消耗造成的短缺和环境污染现象是人类目前必须要面对的世界性问题[13]。为了解决上述的问题，很多从事科学研究的相关人员在积极的开展新材料研究，在全新的领域展开深入的探索与研究，其中就包括了太阳能的开发利用[47]；通过研究人员的不懈努力，关于TiO2的研究也一直从未间断，当然也取得了明显的进展，研究人员发现TiO2的性能优势较为突出，比如它的光催化性能较好。这种性能使其可以作为光催化剂，在光照条件下实现氧化还原，并对光催化反应结果的影响比较明显。其次，TiO2的物理和化学结构性能非常稳定，价格低廉，无污染，对人体无毒害，对环境无害等优良性能和特点；随着研究程度的不断加深，研究人员可根据实验结果对其性能做改良优化：（1）在试验中改变TiO2的合成方式，如药品、反应时间、反应条件等，并分析相应的试验数据参数，可以获得具有更细粒子或不同结构的纳米TiO2，通过扫描电镜对其进行进一步观察，发现纳米TiO2的表面有较为完整的形貌，有的纳米TiO2看起来像一根一根的小木棒重叠在一起，有的像球一样，它们都是不规则的连接在一起，这些结构通常是纳米量级的，从而增加了TiO2的比表面积。（2）因为纳米粒子的特征是表面能高、表面积大、尺寸小，所以在材料中会呈现表面缺陷浓度大的问题，表面占比也比较高，原子活性明显，这也是纳米材料能够展现出超强吸附能力的原因，使得我们可以选择相应制备方式，比如，它与金属离子、非金属离子能够产生混合反应，还能与这二类物质形成混合掺杂状态，从而提高TiO2的性能。还可通过试验将TiO2原本存在结构类型进行更改，经过复合的材料能够确保其催化能力得到大幅度地提升。目前，TiO2的复合材料制备发展迅猛，它良好的性能也得到了具体的开发与运用，并且运用的范围还在不断扩大，研究热度一直未减。
1．1 TiO2的结构与基本性质
TiO2是n型半导体和多晶型化合物，属于过渡金属氧化物，TiO2呈白色粉末状，在自然界中存在的主要锐钛矿、金红石和板钛矿三种[8]。它们具有不同的晶体结构，如四方晶和斜方晶，尺寸结构区间为1~100mm，属于微细粒径结构，纳米TiO2具有块状材料不具备的独特性能，此外由于晶体结构的差异使得不同晶体结构的TiO2具有不同的质量、密度及电子能带结构，从而影响其表面结构及表面吸附性，其特有的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应[9]，这些特殊的效应对纳米TiO2的光催化性能都有明显的提高。
1．2 纳米TiO2的制备方法及特点
由于纳米微粒具有的效应，因而展现出许多特有的性质，又因其对人体、环境等没有毒害，价格低廉等特点，被人们广泛运用于日常生活当中，在我们的生活中如很多物品的表层涂料，一些材料反应的光催化以及太阳能电池的开发与运用等，甚至在军事领域纳米TiO2都有长足的运用及发展，正是因为纳米TiO2拥有着许多优良的特性，使得人们把研究的重点放在对TiO2的探索上，在实验室中，制备纳米TiO2常用的制备方法有水热合成法、溶胶凝胶法以及微乳液合成法等，不同的制备方法能够得到不同纯度及结构的纳米TiO2，试验的难易程度也有差异，同时也决定了纳米TiO2的不同用途。
1.2.1 水热合成法
水热合成法是制备纳米TiO2的重要方法，因其可以直接（一步法）合成纳米TiO2，目前已被广泛的运用于实验室制备及高产量规模化的工业生产当中，其实质是在试验过程中，原料混合物在以水为反应介质情况下，利用水解水热等步骤从而发生化学传输的多相反应，再经离心、洗涤、干燥、烧结等步骤获得TiO2粉体，该方法可调节空间很大，所以在制备TiO2光催化剂方面有着明显的优势。
目录
1 绪论 1
1．1 TiO2的结构与基本性质 1
1．2 纳米TiO2的制备方法及特点 2
1.2.1 水热合成法 2
1.2.2 溶胶凝胶法 2
1.2.3 微乳液合成法 2
1．3 纳米TiO2光催化运用及发展状况 3
1.3.1 光催化反应原理 3
1.3.2 TiO2光催化的应用 3
1.3.3 纳米TiO2在太阳能电池中的运用 4
1.3.4 纳米TiO2在环保方面的运用 4
1.3.5 TiO2基材料在生物医学方面的运用 4
1.3.6 纳米TiO2在其他方面的运用 5
1．4 TiO2基复合材料 5
1.4.1 纳米TiO2金属及金属氧化物复合材料 5
1.4.2 CTiO2复合材料 6
1.4.3 TiO2基复合材料的优越性讨论 6
1．5 纳米TiO2基复合材料研究难点及存在的问题 7
1．6 课题研究的意义 8
2 TiO2WO3复合纳米材料制备及其光催化性能研究实验 9
2.1 实验原理框架图 9
2.2 实验所需的试剂、药品及仪器简介 10
2.3 水热法制备TiO2自组装微球 10
2.4 TiO2WO3复合纳米材料制备 12
2.5 光催化性能研究实验 13
3 实验结果与讨论 14
结 论 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
随着中国国民经济发展速度不断加快，人们生活水平不断提高；人们在日常生活中对不可再生能源的依赖程度越来越高。由于能源消耗过度造成不可再生能源日益枯竭以及对环境造成的污染日益加重，也给人类的生存环境带来了诸多方面的问题，如全球变暖、海平面上升等等，因此，能源过度消耗造成的短缺和环境污染现象是人类目前必须要面对的世界性问题[13]。为了解决上述的问题，很多从事科学研究的相关人员在积极的开展新材料研究，在全新的领域展开深入的探索与研究，其中就包括了太阳能的开发利用[47]；通过研究人员的不懈努力，关于TiO2的研究也一直从未间断，当然也取得了明显的进展，研究人员发现TiO2的性能优势较为突出，比如它的光催化性能较好。这种性能使其可以作为光催化剂，在光照条件下实现氧化还原，并对光催化反应结果的影响比较明显。其次，TiO2的物理和化学结构性能非常稳定，价格低廉，无污染，对人体无毒害，对环境无害等优良性能和特点；随着研究程度的不断加深，研究人员可根据实验结果对其性能做改良优化：（1）在试验中改变TiO2的合成方式，如药品、反应时间、反应条件等，并分析相应的试验数据参数，可以获得具有更细粒子或不同结构的纳米TiO2，通过扫描电镜对其进行进一步观察，发现纳米TiO2的表面有较为完整的形貌，有的纳米TiO2看起来像一根一根的小木棒重叠在一起，有的像球一样，它们都是不规则的连接在一起，这些结构通常是纳米量级的，从而增加了TiO2的比表面积。（2）因为纳米粒子的特征是表面能高、表面积大、尺寸小，所以在材料中会呈现表面缺陷浓度大的问题，表面占比也比较高，原子活性明显，这也是纳米材料能够展现出超强吸附能力的原因，使得我们可以选择相应制备方式，比如，它与金属离子、非金属离子能够产生混合反应，还能与这二类物质形成混合掺杂状态，从而提高TiO2的性能。还可通过试验将TiO2原本存在结构类型进行更改，经过复合的材料能够确保其催化能力得到大幅度地提升。目前，TiO2的复合材料制备发展迅猛，它良好的性能也得到了具体的开发与运用，并且运用的范围还在不断扩大，研究热度一直未减。
1．1 TiO2的结构与基本性质
TiO2是n型半导体和多晶型化合物，属于过渡金属氧化物，TiO2呈白色粉末状，在自然界中存在的主要锐钛矿、金红石和板钛矿三种[8]。它们具有不同的晶体结构，如四方晶和斜方晶，尺寸结构区间为1~100mm，属于微细粒径结构，纳米TiO2具有块状材料不具备的独特性能，此外由于晶体结构的差异使得不同晶体结构的TiO2具有不同的质量、密度及电子能带结构，从而影响其表面结构及表面吸附性，其特有的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应[9]，这些特殊的效应对纳米TiO2的光催化性能都有明显的提高。
1．2 纳米TiO2的制备方法及特点
由于纳米微粒具有的效应，因而展现出许多特有的性质，又因其对人体、环境等没有毒害，价格低廉等特点，被人们广泛运用于日常生活当中，在我们的生活中如很多物品的表层涂料，一些材料反应的光催化以及太阳能电池的开发与运用等，甚至在军事领域纳米TiO2都有长足的运用及发展，正是因为纳米TiO2拥有着许多优良的特性，使得人们把研究的重点放在对TiO2的探索上，在实验室中，制备纳米TiO2常用的制备方法有水热合成法、溶胶凝胶法以及微乳液合成法等，不同的制备方法能够得到不同纯度及结构的纳米TiO2，试验的难易程度也有差异，同时也决定了纳米TiO2的不同用途。
1.2.1 水热合成法
水热合成法是制备纳米TiO2的重要方法，因其可以直接（一步法）合成纳米TiO2，目前已被广泛的运用于实验室制备及高产量规模化的工业生产当中，其实质是在试验过程中，原料混合物在以水为反应介质情况下，利用水解水热等步骤从而发生化学传输的多相反应，再经离心、洗涤、干燥、烧结等步骤获得TiO2粉体，该方法可调节空间很大，所以在制备TiO2光催化剂方面有着明显的优势。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/gfzcl/379.html
