二氧化鈦與硫化鋅功能納米材料的可控合成與應用.pdf

1、近年來，納米技術和納米材料在眾多領域實現(xiàn)了廣泛的應用，尤其是在催化與光電方面的應用更是成為研究的熱點。在無機納米材料領域內，寬禁帶半導體二氧化鈦(TiO2)和硫化鋅(ZnS)都具有許多引人矚目的物理、化學和生物學性質，是當前納米功能材料的重點研究對象之一。TiO2在作為半導體光催化劑，具有廉價、低毒、高催化活性等優(yōu)點，廣泛地應用于光催化合成、光催化制氫以及光催化降解有機污染物等方面。但其作為光催化劑也存在不足之處，例如其帶隙較寬，只能吸

2、收紫外光，對太陽能利用率較低;光生電子-空穴對容易復合，光生載流子利用率較低等。ZnS同樣作為半導體材料，具有折射系數(shù)高、可見光區(qū)域無吸收等優(yōu)點。在催化、光電材料、紅外窗口材料等領域也具有眾多應用。
　　本論文圍繞TiO2和ZnS半導體納米材料的合成和應用展開研究。對一系列TiO2光催化表面聚合反應與相關機理進行了深入研究，并將該方法推廣至無機物/聚合物復合納米材料制備。結果表明，該方法具有獨特的優(yōu)勢與廣泛的適用性;成功采用光催化

3、表面聚合法與自組裝法相結合，對TiO2進行碳摻雜改性，得到性能優(yōu)異的光催化劑;此外，對ZnS納米材料的可控合成及在光子晶體方面的應用進行了研究，克服了三維膠體光子晶體的反射率不足等問題。
　　本論文主要的內容與創(chuàng)新點如下:
　　1.發(fā)展了光催化表面聚合制備TiO2/Polymer納米復合材料。針對目前光催化表面聚合研究中所缺乏的形貌調控、機理研究不透徹等問題，我們以TiO2納米球為例，對光催化表面聚合方法進行了深入研究。研究

4、了該反應的基本條件，通過改變表面修飾、聚合物交聯(lián)度、表面活性劑濃度等條件對復合納米材料結構、形貌、尺寸等進行調控。此外通過在體系中加入硝酸銀并還原，進一步研究了光催化表面聚合反應機理。該方法同樣適用于在不同無機材料表面進行聚合物包覆，以獲得不同種類的無機/高分子復合納米材料。
　　2.在上述光催化表面聚合法制備的TiO2/Polymer復合納米材料的基礎上，采用酚醛樹脂進行保護煅燒的方法，發(fā)展一種新型自組裝法制備了碳摻雜TiO2空

5、心納米球。制備過程無需使用傳統(tǒng)SiO2模板法所需的堿性刻蝕，從而不會降低催化劑活性。通過碳摻雜改善了目前TiO2光催化劑中對光吸收率不足的問題，使催化劑具有可見光催化活性。與商用P25TiO2相比，光催化活性提升可達30％以上，無論在紫外光或可見光下催化劑均表現(xiàn)了優(yōu)異的光催化能力。
　　3.制備均勻度高的ZnS納米顆粒并成功用于制備三維膠體光子晶體。通過加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為引導劑，改進了共沉淀合成方法制備ZnS納米球時

6、出現(xiàn)尺寸不均勻的問題。通過調控時間可以獲得40-200nm的均勻ZnS納米球。采用部分刻蝕的方法，解決了在高溫煅燒后顆粒團聚與表面電荷嚴重下降的問題，重新提高了材料的單分散性與表面電荷。同時保留了高溫煅燒所帶來的優(yōu)點，如材料的結晶度、對比度與表面電荷的提高等。將所得材料進行自組裝，可得到反射率達90％以上的光子晶體。
　　以上研究工作主要在美國加州大學河濱分校完成。另外在北京交通大學還進行了關于6，12-二苯基吲哚[3,2-b]咔