学位（论文）开题报告书.doc

安徽大学学位论文（毕业设计） ? 开 题 报 告 书 ? 学 号 C 姓 名 王灿永 所 在 院 系 化学与化工学院 学 位 级 别 博士□ 硕士 ? 学 科、专 业 物理化学 研 究 方 向 二氧化钛纳米管的制备、改性、特征及性质 论 文 题 目 基于TiO2纳米管的改性提高光电催化性能的研究 导 师 姓 名 王凤武 入 学 年 月 2013年9月 安徽大学研究生院制表 2014年 11月 姓 名 王灿永 学号 C 联系电话 　　　　 导师姓名 王凤武 学科专业 物理化学 研究方向 纳米管的制备、改性、特征及性质 学位类别 □学历博士 ?学历硕士 □同力硕士 □专业学位 □高校教师 论文题目 基于TiO2纳米管的修饰改性提高光电催化性能的研究 论文（设计）选题来源： 国家基金项目 论文（设计）的研究目的、意义及国内外发展趋势,论文（设计）的主要内容、研究方法和研究思路 (5000左右)： 课题学术和实用意义，国内外现状综述： 1.二氧化钛纳米管阵列的研究现状 纳米TiO2是一种重要的无机功能材料，因其具有湿敏、气敏、介电效应、光电转换、光致变色及优越的光电催化等性能，使其在传感器、介电材料、污染废水处理中等领域中有显著的影响【1-5】。与其他形态的TiO2相比，TiO2纳米管具有更大的比表面积和更强的吸附能力，可望提高TiO2纳米管的光电催化性能及光电转化效率，特别是若能在管中装入更小的无机、有机、金属或磁性纳米粒子组装成复合纳米材料，将会大大改善TiO2的光电、电磁及催化性能[6-9]。近年来，许多科学家在TiO2纳米管的制备与应用基础研究方面作了大量的工作。德国的Andrei[10]和美国的Park等[11]分别在TiO2纳米管中掺杂了N原子和C原子，证明掺杂后的TiO2纳米管的光电性能和催化活性都得到了较大的改善和提高。宋旭春等研究发现当中空TiO2纳米管的管径小于10nm时，通常表现出明显的尺寸效应[12]。近年来，纳米金属/TiO2复合材料制备技术迅速发展，其应用范围也在不断扩大。由于TiO2纳米管具有广阔的市场前景和研究价值，它将成为纳米材料研究中新的焦点。 TiO2纳米管制备技术和阳极氧化成管机理表述 目前报道的TiO2纳米管制备方法主要有4种，即阳极氧化法、模板合成法、水热合成法、微波合成法[13-16]。阳极氧化法是将高纯度的钛薄片置于低浓度的电解质溶液中，如(NH4)2SO4、NH4F、HF等，经阳极氧化而获得TiO2纳米管的方法。利用该方法可以制得排列整齐的纳米管阵，其管壁较厚，管径比较好，具有半导体特性，通常为无定性态，由于TiO2纳米管生长在Ti板上，易制备为器件，有利于回收[17]。模板合成法，即把纳米结构基元组装到模板孔洞中而形成纳米管或者纳米丝的方法。常用的模板主要是含有孔洞无序分布的高分子模板和有序孔洞阵列氧化铝模板(PAA)[18]。水热合成法是指将TiO2纳米粒子在高温下与碱液进行一系列化学反应，然后经过离子交换、焙烧，从而制备出TiO2纳米管的方法[19]。微波合成法实际上是在水热合成法的基础上发展起来的一种新型的纳米材料合成方法。在微波条件下水热合成纳米管是将纳米管的合成体系置于微波辐射范围内，利用微波对水的介电作用进行合成，是一种新型的合成方法[20]。 TiO2纳米管阵列的形成是一个涉及物理、化学和电化学等诸多变化的复杂过程。目前一般认为在含有F的酸性介质条件下，TiO2纳米管的形成过程发生了如下主要化学反应: Ti - 4e- → Ti4+ (1) Ti4++ 2H2O →TiO2 + 4H+ (2) TiO2 + 6F-+ 4H+ → TiF62-+ 2H2O (3) 整个氧化过程大致可分为3个阶段。在氧化的第Ⅰ阶段，金属钛在含有F-的酸性电解质中迅速阳极溶解，阳极电流很大，并产生大量Ti4+离子(反应式(1) )。接着Ti4+离子与介质中的含氧离子快速相互作用，并在Ti表面形成致密的TiO2薄膜，电流急剧降低(反应式(2) )。在氧化的第Ⅱ阶段，即多孔层的初始形成阶段，随着表面氧化层的形成，膜层承受的电场强度急剧增大，在氟离子和电场的共同作用下，在TiO2阻挡层发生局部蚀刻，形成许多不规则的微孔凹痕(反应式(3) )。在氧化的第Ⅲ阶段，即多孔膜的稳定生长阶段，电流完全由发生在阻挡层两侧的离子迁移提供，从而形成一个相对稳定的电流。由于微孔底部的电荷分布密度较孔壁大很多，使得孔底TiO2消耗速率较大，微孔不断地加深与加宽，向钛基底进一步生长。随着微孔的加深，孔与孔之间的区域电荷密度增加，促进孔壁变薄。孔的生长是孔底