Ag/TiO2纳米复合粒子的制备及其光催性能研究(2)

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2.1.1.实验原料 3

2.1.2.制备AgBF4/TiO2纳米复合粒子 4

2.1.3.制备Ag/TiO2纳米复合粒子 4

2.1.4. Ag/TiO2纳米复合粒子的煅烧 6

2.1.5. 表征.6

2.2.结果和讨论 8

2.2.1.制备AgBF4/TiO2纳米复合粒子 8

2.2.2. Ag/TiO2纳米复合粒子形成过程讨论 8

2.2.3.煅烧对Ag/TiO2纳米复合粒子结构的影响 11

2.2.4. AgBF4装载量对纳米复合粒子结构的影响.13

2.3.本章小结 19

3. Ag/TiO2纳米复合粒子的光催性能研究 20

3.1.实验部分 20

3.1.1.罗丹明B溶液的配制 20

3.1.2. Ag/TiO2纳米复合粒子可见光催化活性实验 20

3.2.结果与讨论 21

3.2.1. 不同晶型的Ag/TiO2纳米复合粒子可见光催化活性比较 21

3.2.2. 不同Ag+装载量的Ag/TiO2纳米复合粒子可见光催化活性比较 22

3.2.3. Ag/TiO2纳米复合粒子的光催化机理23

3.3.本章小结 23

4.结论与展望 24

4.1.结论 24

4.2.展望 24

参考文献 25

致谢 29

1.前言

1.1. TiO2纳米材料

自从1972年，日本科学家Fujishima和Honda发现二氧化钛可以光催化分解水，使水分解为氢气和氧气，这便引起了学术界对二氧化钛的强烈的关注[1]。

二氧化钛是一种半导体，具有三种晶型，分别为锐钛矿型，金红石型和板钛矿型，但是据科学研究，只有锐钛矿型和金红石型的二氧化钛具有光催化活性，属于光催化剂。二氧化钛纳米粒子具有较大的带隙，约3.0-3.2eV，其中锐钛矿型为3.2eV（相当于波长为387.5nm的光子的能量），金红石型为3.0eV（相当于波长为413.3nm的光子的能量）。由此可见，其带隙位于紫外光波长范围内，因此，二氧化钛的光催化性能需要由紫外光来激活。然而，紫外光仅占太阳光的5%，这导致纯的二氧化钛材料对太阳光的利用率非常低。

纳米材料的结构单元尺寸在1nm～100nm之间。由于纳米材料的尺寸已经接近电子的相干长度，所以其性质因为强相干所带来的自组织而会发生很大的改变。此外，又由于纳米材料的尺寸接近于光的波长，并具有大表面特殊效应，因此，其熔点、磁性、光学、导热、导电等性能会与该物质在整体状态时所表现的性能有所差异。

换言之，纳米粒子（1nm～100nm）处于原子簇与宏观物体交界的过渡区域，是一种典型的介观系统，其特殊结构引起一系列特殊效应，如：宏观量子隧道效应、表面效应、小尺寸效应等，使之在磁、光、热、电、机械性能等方面与传统材料有很大不同，除此以外，纳米材料还具有催化、吸收、辐射等特性。由于其具有广泛的用途，因此研究开发二氧化钛纳米光催化剂是非常有意义和有前景的。

由于二氧化钛纳米光催化剂的太阳光利用率低，而可见光占太阳光总量的45%-50%，因此许多科研人员在此基础上着手研究提高TiO2 的可见光催化活性。改性二氧化钛纳米光催化剂的方法很多，有表面贵金属沉积法、有机染料的表面敏化法、复合半导体法、离子掺杂改性法和表面螯合改性法等。科研人员研究发现大部分贵金属的掺杂能提高二氧化钛的光催化活性，而且贵金属掺杂的二氧化钛纳米结构材料能抵抗光腐蚀因而稳定性佳[2]。常见的用于掺杂的贵金属有Pt、Au、Ag等。而其中Ag是用于制备贵金属掺杂的二氧化钛纳米可见光催化剂中使用最为广泛的贵金属之一[3-5]。Ag/TiO2纳米复合粒子的制备方法也有很多，如利用光分解沉积法将Ag纳米粒子沉积在TiO2纳米载体上[6]、溶胶-凝胶技术和共沸蒸馏组合制备法[7]和一锅法溶胶-凝胶技术[8]等。虽然目前科研人员频繁使用将Ag纳米粒子沉积到TiO2纳米载体上的方法来制备Ag/TiO2纳米复合粒子，但是该法所得产物的分散性不佳。而反相细乳液法可以克服产物分散性不佳的缺陷，可制备出高稳定性、分散性和粒子尺寸均一的产物。