納米二氧化鈦和氧化鋅的微波法制備及應(yīng)用研究.pdf

1、本論文在較低的溫度下用微波法快速合成了介孔納米二氧化鈦、具有可見(jiàn)光催化活性氮摻雜納米二氧化鈦、氧化鋅納米棒、氧化鋅納米管以及氧化鋅納米線等具有功能性的納米材料，并研究了納米二氧化鈦的光催化性質(zhì)和氧化鋅納米材料熒光發(fā)光性質(zhì)和氣敏性質(zhì)等，初步探討了相應(yīng)的形成機(jī)理。 一、用價(jià)格低廉的TiCl<,4>為前軀體，不用模板劑在微波條件下合成了高晶化的介孔納米二氧化鈦。研究結(jié)果表明介孔二氧化鈦是由二氧化鈦納米粒子本身組成，沒(méi)有其它的摻雜元素，

2、具有較高的晶化程度和很高的熱穩(wěn)定性，而同時(shí)保留了非介孔納米二氧化鈦本身優(yōu)秀的性質(zhì)。其比表面積高達(dá)271.8 m<'2>/g，孔體積為0.160 cm<'3>/g，電鏡結(jié)果表明：納米粒子的直徑在4～5 nm，而孔徑在3 nm左右。其可能的形成機(jī)理為：水合二氧化鈦在微波輻射的作用下進(jìn)行縮合，形成Ti-O-Ti的縮合骨架，進(jìn)而形成以納米粒子本身為孔壁的介孔二氧化鈦。 二、介孔納米二氧化鈦光催化劑通過(guò)紫外光輻照輔助微波法制得。所制備樣品

3、經(jīng)過(guò)X-射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、氮?dú)馕?、紫外光譜來(lái)進(jìn)行了表征。介孔二氧化鈦的比表面積高達(dá)271.8 m<'2>/g，孔的體積為 0.178 cm<'3>/g。研究結(jié)果表明紫外光預(yù)先輻照30分鐘，孔分布仍然保持較窄的分布，說(shuō)明形成的孔更加均勻，但存在兩種趨勢(shì)，是孔變小，結(jié)晶度提高，比表面積減小。光催化甲基橙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該催化劑具有很好的光催化活性。并且對(duì)紫外光輻照對(duì)介孔二氧化鈦孔分布的

4、影響進(jìn)行了探討。 三、用不同比例的尿素/TiCl<,4>的溶膠，經(jīng)過(guò)微波輻射一段時(shí)間后得到前驅(qū)物(或者干膠)，然后在500 ℃煅燒3小時(shí)，得到含有不同比例的氮摻雜的二氧化鈦。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：增加尿素/TiCl<,4>的摩爾比，所制備樣品中銳鈦礦相的含量先減小，在摩爾比為4∶1時(shí)，銳鈦礦相對(duì)含量為 0，而后隨著摩爾比的增加又增加。對(duì)金紅石相氮摻雜二氧化鈦的光催化效果表明：在可見(jiàn)光激發(fā)范圍內(nèi)，降解甲基橙具有較好的光催化效果，而在紫外光

5、激發(fā)范圍內(nèi)，和P25相比催化效果略有降低，這可能是氮摻雜所形成的復(fù)合中心所致。 四、氧化鋅納米棒由于新奇的物理化學(xué)性質(zhì)成為研究的熱點(diǎn)，本文用微波輻照法快速制備了氧化鋅納米棒，對(duì)合適的反應(yīng)條件進(jìn)行了探討，對(duì)其中的影響因素進(jìn)行了分析，并對(duì)可能的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了闡述。令人感興趣的是，納米棒有凹陷或者部分中空，有破碎的納米管狀，甚至有類似藕狀的納米管形成的納米棒束，這為氧化鋅納米棒和納米管的形成機(jī)理解釋提供了新的證據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波法

6、制備氧化鋅納米棒直徑 300 nm、長(zhǎng)度3-5μm而且不需要模板、晶種、表面活性劑，方法簡(jiǎn)單快捷、實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性強(qiáng)，適合大規(guī)模的生產(chǎn)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。 五、以尿素和六水合硝酸鋅為原料，用微波輻照法首次合成了氧化鋅納米管。該管長(zhǎng) 1-3μm，管徑100-200 nm，管壁厚 10-40 nm。通過(guò)對(duì)合成條件的探索發(fā)現(xiàn)：尿素通過(guò)水解與硝酸鋅所形成層狀的Zn<,5>(OH)<,8>(NO<,3>)<,2>·2H<,2

7、>O，該層狀化合物中具有的羥基和水分子能夠分別吸收不同的微波能量，由于這種能量吸收的不均勻性而導(dǎo)致層狀化合物卷曲形成納米管。以六水合硝酸鋅和六次亞甲基四胺為原料用微波法快速高晶化的氧化鋅納米管。并跟蹤了其相應(yīng)的反應(yīng)過(guò)程，給出了其生成納米管可能的反應(yīng)機(jī)理。其熒光發(fā)射光譜表明在565nm 處有較強(qiáng)的黃綠光發(fā)射，可以歸因于納米管表面存在大量的氧離子缺陷。 六、以層狀化合物堿式鹽為初始原料，通過(guò)超聲和微波輻射兩和手段合成了紡錘型的氧化鋅