纳米TiO2及其钛酸盐的水热制备与光电性能研究

论文摘要

本论文采用水热法,反应温度为180℃,反应时间为24小时。当溶液中只加入TiCl4时,合成了纯金红相TiO2晶体；当溶液中只加入SnCl4·5H2O时,合成了金红相SnO2纳米晶体；当以TiCl4和SnCl4·5H2O为前驱物,Ti4+、Sn4+离子比为1：1时,合成了掺杂Sn的金红相TiO2纳米晶,EDS、XRD和高分辨TEM显示晶体为纯金红相SnxTi1-xO2纳米晶,其中Sn掺杂的原子百分比为仅为1.1-3.2%。表明Sn从TiO2晶格中替代Ti是比较困难的。采用水热法,以市售TiO2为前驱物,10 mol/L NaOH为矿化剂,填充度68%,反应24小时。当反应温度为150℃时,合成了钛酸钠纳米管。反应温度为180℃时,合成了钛酸钠纳米纤维。在二次水热处理钛酸钠纳米纤维的实验中：当水热溶液为强酸性条件时,H+和Na+发生置换作用,形成钛酸。如果温度较高,形成的钛酸结构仍然不稳定,经过脱水过程进一步变成金红相TiO2纳米晶；当水热溶液为弱酸性条件时,纤维转化为锐钛相TiO2纳米晶,晶体长为30-100nm,宽为10-20nm,具有线状定向排列的自组织趋势；当水热溶液为碱性条件时,晶体结构未被破坏,仍为纤维状,并且,纳米纤维具有较强的界面效应,能使生成的金红相SnO2纳米晶较有规则的附在其表面。通过光催化和染料敏化太阳电池（DSSCs）实验,对所合成的纳米材料的光电性能进行了检测,结果如下：在光催化实验中,钛酸钠纳米纤维、金红相TiO2和锐钛相TiO2纳米晶,均具有光催化效应,特别是有线状定向排列的自组织趋势的锐钛相TiO2纳米聚晶,具有较好的光催化性能；在DSSCs实验中,发现钛酸钠纳米管应用于DSSCs电极材料时,电池的光电转化效率很低。较之金红相TiO2纳米晶,锐钛相TiO2纳米晶应用于DSSCs时,获得了较好的光伏效应。但相比于传统的二氧化钛P25材料,还有待进一步的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 纳米材料的定义及基本特性
• 1.1.1 纳米材料的定义
• 1.1.2 纳米材料的基本特性
• 2的结构、基本性能及制备方法'>1.2 纳米TiO₂的结构、基本性能及制备方法
• 2的结构及基本性能'>1.2.1 纳米TiO₂的结构及基本性能
• 2的制备方法'>1.2.2 纳米TiO₂的制备方法
• 2在光催化和太阳电池中的应用'>1.3 纳米TiO₂在光催化和太阳电池中的应用
• 2的光催化的应用及工作原理'>1.3.1 纳米TiO₂的光催化的应用及工作原理
• 2在太阳电池中的应用及工作原理'>1.3.2 纳米TiO₂在太阳电池中的应用及工作原理
• 2在太阳电池中的应用'>1.3.2.1 纳米TiO₂在太阳电池中的应用
• 1.3.2.2 染料敏化太阳电池结构及工作原理
• 2掺杂改性研究'>1.3.3 TiO₂掺杂改性研究
• 1.4 一维钛酸盐纳米材料的特性及其应用研究
• 1.4.1 钛酸盐纳米管的结构特征及其研究进展
• 2）纳米管的制备方法'>1.4.2 钛酸盐（或TiO₂）纳米管的制备方法
• 1.4.3 钛酸盐纳米纤维的结构特征及应用
• 1.5 本论文实验方法、水热生长理论及表征方法
• 1.5.1 实验的制备方法
• 1.5.2 水热生长的动力学和理论模型
• 1.5.3 制备材料所用的表征方法
• 1.6 本论文的研究内容及目的
• 2及其结构研究'>第2章 水热制备掺Sn纳米TiO₂及其结构研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 材料的制备
• 2.1.2 结果与分析
• 2.2 本章结论
• 第3章 钛酸钠纳米纤维的稳定性研究
• 3.1 钛酸钠纳米纤维的水热制备及表征
• 3.1.1 钛酸钠纳米纤维的制备方法
• 3.1.2 实验结果和讨论
• 3.2 钛酸钠纳米纤维水热条件下稳定性的研究
• 3.2.1 低温强酸条件下稳定性的研究
• 3.2.1.1 实验方法
• 3.2.1.2 实验结果及讨论
• 3.2.2 水热条件下稳定性的研究
• 3.2.2.1 实验方法
• 3.2.2.2 实验结果及讨论
• 3.2.3 钛酸钠纳米纤维表面吸附作用的研究
• 3.2.3.1 实验方法
• 3.2.3.2 实验结果及讨论
• 3.3 本章结论
• 第4章 纳米材料的光电性能研究
• 4.1 光催化实验部分
• 4.1.1 实验装置
• 2光催化性能研究'>4.1.2 钛酸钠纤维和TiO₂光催化性能研究
• 4.1.2.1 材料的制备
• 4.1.2.2 材料的表征
• 4.1.2.3 实验方法
• 4.1.2.4 实验结果及讨论
• 2纳米晶体的光催化性能'>4.1.3 锐钛相TiO₂纳米晶体的光催化性能
• 4.1.3.1 材料的制备
• 4.1.3.2 材料的表征
• 4.1.3.3 实验方法
• 4.1.3.4 实验结果及讨论
• 4.2 染料敏化太阳电池实验
• 4.2.1 材料的制备
• 4.2.2 材料的表征
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.4 实验结果及讨论
• 4.3 本章结论
• 第5章 结论
• 参考文献
• 研究生期间发表的论文
• 致谢