tio2基复合材料制备及其光催化性能研究
本文通过简单的水热法制备出具有大的比表面积的TiO2自组装微球，然后通过低温化学沉积的方法合成TiO2-WO3复合材料。通过场发射扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）以及X射线衍射（XRD）对样品形貌、物相进行分析。通过光催化实验结果，可知TiO2自组装微球以及TiO2-WO3复合材料都具有很好的光催化性能。与单纯的自组装TiO2微球相比，TiO2-WO3复合材料表现出更好的光催化活性，并随着纳米WO3颗粒负载量的增加，其催化性能也随之增大。说明了WO3与TiO2的复合，能够有效地提高纳米TiO2材料的光催化性能。关键词 TiO2自组装微球，化学沉积 ，TiO2-WO3 ，光催化性能
目录
1引言1
1.1 TiO2光催化剂的概述1
1.1.1纳米TiO2的制备方法及特点2
1.1.2光催化原理2
1.2 TiO2基复合材料3
1.2.1金属或金属氧化物TiO2复合材料4
1.2.2 CTiO2复合材料4
1.2.3 其他TiO2基光催化剂 5
1.3应用及发展状况5
1.3.1 TiO2基材料的应用5
1.3.2 TiO2基材料在太阳能电池方面的应用5
1.3.3 TiO2基材料在生物医学方面 6
1.3.4 TiO2基复合材料的光催化性能研究难点6
1.3.5 TiO2基复合材料的优越性7
1.4课题研究的意义8
2 TiO2基复合材料制备及其光催化性能9
2.1实验部分10
2.1.1实验中所需要的实验试剂及实验仪器10
2.2催化剂的制备10
2.2.1 TiO2自组装微球制备（水热法）10
2.2.2 TiO2WO3 制备 11
2.2.3 样品表征 13
2.2.4 光催化性能测试13
2.3实验结果与讨论13
2.3.1形貌及其成分表征13
2.3.2光催化性能测试16
结论19
致谢20
参考文献21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1 引言
近年来，由于环境污染及能源消耗过度，使得人们越来越意识到环境治理及能源节约的重要性。因此，很多科研人员为了解决上述的问题正在积极地开发研究新材料。通过研究人员对TiO2的不断试验研究，最终发现了TiO2有着一些良好的性能。首先，TiO2具有良好的光催化性能，TiO2作为光催化剂在光照下所体现的氧化还原能力在光催化反应中效果明显。其次，TiO2的物理化学结构性能非常稳定并且价格便宜、没有污染、没有对人体及对环境的毒害、不会对环境造成危害等一些优良的性能及特点。但通过研究发现从以下几个方面能够进一步的提高TiO2的性能及功能：（1）通过增大TiO2的比表面积，在实验中通过改变对TiO2的合成方式以及分析相应的实验数据参数，可以得到颗粒更加细小或者得到不同结构的纳米TiO2，通过显微镜的进一步观察，发现在扫描电镜下的纳米TiO2具有着一些规则的形状，有的纳米结构形状像棒状，有的纳米TiO2看起来像线条一样，当然，还有其他一些形状。由于这些结构通常是纳米量级的，从而大大增加了TiO2的比表面积。（2）通过设想，使用混杂复合的方法，如使用金属离子进行复合、非金属离子进行混合反应以及将金属与非金属离子一起混和掺杂，形成新的复合物。就是通过利用TiO2晶体内部有着规律排列所形成的晶格，在晶格中可以加入新的离子、使原本的晶格出现破绽或者想办法改变晶格的类型，从而提高TiO2的功能强度。（3）通过TiO2与我们所需性能要求的氧化物或者具有特别性能的材料形成复合物去提高在物理化学方面的催化能力。通过某些方法改变了TiO2本来就存在的结构类型、以及在电镜下观察到的表面形状。尽管使用上述方法作为基础思想方式去尽可能地使TiO2在光催化反应中的催化能力得到较好的提升有着很多的瑕疵和漏洞，但是可以使用几种材料相互复合的方法快捷有效得使TiO2的光催化能力得到大幅度地提升，使TiO2在光催化反应中有着高效地催化效果，并且能够充分地参与到反应中。目前，TiO2基复合材料制备技术得到了迅猛发展，它的一些良好性能也得到具体的开发及其使用的范围也不断地在扩大，是当前研究的热点。
1．1 TiO2光催化剂的概述
研究表明，纳米半导体在光催化反应中具有着非常显著的催化性能并且能够促进光能与在光照下产生的电子两两之间进行能量转换，这些优异的性能使得多位科学家对研究它的发展有了浓厚兴趣。同时，使得纳米材料在物理化学方向上有了巨大的理论基础，也为材料学说增加了浓墨重彩的一笔。理所应当地，研究人员把研究纳米半导体材料作为了研究的重中之重。随着科学家们对TiO2的深入研究，了解到TiO2具有着很多良好的性能，比如光催化效果好，对环境无危害、无污染、价格便宜且易制备等优异的性能。因此，TiO2是目前科学家们研究最多的纳米半导体材料之一。但随着科学家们对单一二氧化钛的研究，发现它的一些性能无法确切的满足一些材料在发生反应时所需求的催化性能。因此，研究人员为了更加准确地了解二氧化钛的性能，进行着不断地实验研究。为了让材料获得新的并且人们所需要的物理化学性能，研究人员将目光放在了是否可以通过一些手段，像使用某些物理化学方法，将两个不同形貌功能的半导体纳米材料进行复合，合成一种新的可能具有其他性能的复合材料的想法上。这种想法的出现，使得科学家们对二氧化钛（TiO2)的复合材料有了更多的研究热情，从而使得人们对半导体纳米微粒复合材料更加向往，推动了二氧化钛（TiO2)复合材料的迅猛发展。
1.1.1 纳米TiO2的制备方法及特点
纳米TiO2因具有对环境人体没有毒害、闻起来没有刺激性气味、对环境没有污染的一些特性，被人们广泛用于某些材料反应的光催化、太阳能电池的吸能及储存能量、高档轿车外层表面的涂料、感光材料、很多女士的化妆产品、对于一些易坏需要密封食品的外表包装、增加化学纤维材料的性能、科研方向上红外线反射膜的研究、军事领域中科学家对隐身技术的研究材料等技术领域。纳米TiO2拥有着许多优良的特性，对光催化反应的进行起着非常重要的催化作用。因此，人们把研究的重点方向放在了对TiO2的探索上，研究人员通过多次试验也尝试出了许多种制取纳米TiO2材料的方法，如通过物理实验方法制取TiO2的水热法、通过离心产生沉淀的沉淀反应分离式样来制取TiO2的方法等。通过大量研究表明，除了对特殊行业的特殊要求，通常情况下，人们为了制得纳米TiO2材料，通常会使用三氯化钛、四氯化钛、钛酸四丁酯等作为原材料。
1.1.2 光催化原理
为了更好地把“光催化”这个词语定义清楚，而不是只从它的字面意思来单一的理解，研究人员把在实验反应中的具体现象通过语言形象的表达出来。即光照产生的电子作为一种参与光催化反应的材料，在催化反应发生的过程中就已经被反应物消耗殆尽了，真正留下来参与催化反应的是作为催化剂的TiO2。所以说，光催化反应得以进行的关键在于光催化过程中，在有光照参与的条件下，发生的反应物得到充分反应需要的催化剂体现的催化效果的一种光催化反应和氧化还原反应的过程。
目录
1引言1
1.1 TiO2光催化剂的概述1
1.1.1纳米TiO2的制备方法及特点2
1.1.2光催化原理2
1.2 TiO2基复合材料3
1.2.1金属或金属氧化物TiO2复合材料4
1.2.2 CTiO2复合材料4
1.2.3 其他TiO2基光催化剂 5
1.3应用及发展状况5
1.3.1 TiO2基材料的应用5
1.3.2 TiO2基材料在太阳能电池方面的应用5
1.3.3 TiO2基材料在生物医学方面 6
1.3.4 TiO2基复合材料的光催化性能研究难点6
1.3.5 TiO2基复合材料的优越性7
1.4课题研究的意义8
2 TiO2基复合材料制备及其光催化性能9
2.1实验部分10
2.1.1实验中所需要的实验试剂及实验仪器10
2.2催化剂的制备10
2.2.1 TiO2自组装微球制备（水热法）10
2.2.2 TiO2WO3 制备 11
2.2.3 样品表征 13
2.2.4 光催化性能测试13
2.3实验结果与讨论13
2.3.1形貌及其成分表征13
2.3.2光催化性能测试16
结论19
致谢20
参考文献21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1 引言
近年来，由于环境污染及能源消耗过度，使得人们越来越意识到环境治理及能源节约的重要性。因此，很多科研人员为了解决上述的问题正在积极地开发研究新材料。通过研究人员对TiO2的不断试验研究，最终发现了TiO2有着一些良好的性能。首先，TiO2具有良好的光催化性能，TiO2作为光催化剂在光照下所体现的氧化还原能力在光催化反应中效果明显。其次，TiO2的物理化学结构性能非常稳定并且价格便宜、没有污染、没有对人体及对环境的毒害、不会对环境造成危害等一些优良的性能及特点。但通过研究发现从以下几个方面能够进一步的提高TiO2的性能及功能：（1）通过增大TiO2的比表面积，在实验中通过改变对TiO2的合成方式以及分析相应的实验数据参数，可以得到颗粒更加细小或者得到不同结构的纳米TiO2，通过显微镜的进一步观察，发现在扫描电镜下的纳米TiO2具有着一些规则的形状，有的纳米结构形状像棒状，有的纳米TiO2看起来像线条一样，当然，还有其他一些形状。由于这些结构通常是纳米量级的，从而大大增加了TiO2的比表面积。（2）通过设想，使用混杂复合的方法，如使用金属离子进行复合、非金属离子进行混合反应以及将金属与非金属离子一起混和掺杂，形成新的复合物。就是通过利用TiO2晶体内部有着规律排列所形成的晶格，在晶格中可以加入新的离子、使原本的晶格出现破绽或者想办法改变晶格的类型，从而提高TiO2的功能强度。（3）通过TiO2与我们所需性能要求的氧化物或者具有特别性能的材料形成复合物去提高在物理化学方面的催化能力。通过某些方法改变了TiO2本来就存在的结构类型、以及在电镜下观察到的表面形状。尽管使用上述方法作为基础思想方式去尽可能地使TiO2在光催化反应中的催化能力得到较好的提升有着很多的瑕疵和漏洞，但是可以使用几种材料相互复合的方法快捷有效得使TiO2的光催化能力得到大幅度地提升，使TiO2在光催化反应中有着高效地催化效果，并且能够充分地参与到反应中。目前，TiO2基复合材料制备技术得到了迅猛发展，它的一些良好性能也得到具体的开发及其使用的范围也不断地在扩大，是当前研究的热点。
1．1 TiO2光催化剂的概述
研究表明，纳米半导体在光催化反应中具有着非常显著的催化性能并且能够促进光能与在光照下产生的电子两两之间进行能量转换，这些优异的性能使得多位科学家对研究它的发展有了浓厚兴趣。同时，使得纳米材料在物理化学方向上有了巨大的理论基础，也为材料学说增加了浓墨重彩的一笔。理所应当地，研究人员把研究纳米半导体材料作为了研究的重中之重。随着科学家们对TiO2的深入研究，了解到TiO2具有着很多良好的性能，比如光催化效果好，对环境无危害、无污染、价格便宜且易制备等优异的性能。因此，TiO2是目前科学家们研究最多的纳米半导体材料之一。但随着科学家们对单一二氧化钛的研究，发现它的一些性能无法确切的满足一些材料在发生反应时所需求的催化性能。因此，研究人员为了更加准确地了解二氧化钛的性能，进行着不断地实验研究。为了让材料获得新的并且人们所需要的物理化学性能，研究人员将目光放在了是否可以通过一些手段，像使用某些物理化学方法，将两个不同形貌功能的半导体纳米材料进行复合，合成一种新的可能具有其他性能的复合材料的想法上。这种想法的出现，使得科学家们对二氧化钛（TiO2)的复合材料有了更多的研究热情，从而使得人们对半导体纳米微粒复合材料更加向往，推动了二氧化钛（TiO2)复合材料的迅猛发展。
1.1.1 纳米TiO2的制备方法及特点
纳米TiO2因具有对环境人体没有毒害、闻起来没有刺激性气味、对环境没有污染的一些特性，被人们广泛用于某些材料反应的光催化、太阳能电池的吸能及储存能量、高档轿车外层表面的涂料、感光材料、很多女士的化妆产品、对于一些易坏需要密封食品的外表包装、增加化学纤维材料的性能、科研方向上红外线反射膜的研究、军事领域中科学家对隐身技术的研究材料等技术领域。纳米TiO2拥有着许多优良的特性，对光催化反应的进行起着非常重要的催化作用。因此，人们把研究的重点方向放在了对TiO2的探索上，研究人员通过多次试验也尝试出了许多种制取纳米TiO2材料的方法，如通过物理实验方法制取TiO2的水热法、通过离心产生沉淀的沉淀反应分离式样来制取TiO2的方法等。通过大量研究表明，除了对特殊行业的特殊要求，通常情况下，人们为了制得纳米TiO2材料，通常会使用三氯化钛、四氯化钛、钛酸四丁酯等作为原材料。
1.1.2 光催化原理
为了更好地把“光催化”这个词语定义清楚，而不是只从它的字面意思来单一的理解，研究人员把在实验反应中的具体现象通过语言形象的表达出来。即光照产生的电子作为一种参与光催化反应的材料，在催化反应发生的过程中就已经被反应物消耗殆尽了，真正留下来参与催化反应的是作为催化剂的TiO2。所以说，光催化反应得以进行的关键在于光催化过程中，在有光照参与的条件下，发生的反应物得到充分反应需要的催化剂体现的催化效果的一种光催化反应和氧化还原反应的过程。
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