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本论文针对目前日益严峻的环境污染问题为主题,以研究环保功能材料为出发点,制备出针对降解有机污染物的纳米功能材料--TiO2纳米管阵列。TiO2纳米管阵列在光解水制氢气、太阳能电池、涂料、医学、光催化降解有机污染物等方面有这非常广阔的前景。TiO2纳米管阵列相比TiO2粉体、微球等形态,具有较大的比表面积、更加高效的电子传输通道和吸附能力。有望提高现有性能的同时,研究出新的性能。因此,针对TiO2纳米管阵列的制备研究、工艺探讨具有非常重要的现实意义。
本文实验中采用电化学三电极体系、阳极氧化法在乙二醇和氟化铵电解液溶液中阳极氧化纯钛片,以达到在钛片的两表面同时制备TiO2纳米管阵列目的。通过扫描电子显微镜(SEM)和射线衍射分析仪(XRD)对TiO2纳米管阵列的微观形貌及物相进行表征。实验结果表明:电解液体系和氧化时间是影响TiO2纳米管阵列管长的重要因素,电解液pH值趋于中性的有机电解液能够制备出长径比的TiO2纳米管阵列结构;在乙二醇有机体系电解液制备TiO2纳米管阵列的过程中,需要阳极氧化电压、电解液水分含量等因素相互协同作用才能制备出管貌优异的纳米管;通过煅烧把TiO2纳米管阵列样品从无定形态转化成锐钛矿相或锐钛矿相和金红石相的混晶。
利用TiO2纳米管阵列降解甲基橙的试验中,探讨氧化电压,电解液含水量、煅烧温度对光催化性能的影响。实验结果表明:氟化铵质量分数5%的乙二醇电解液(60V,60h),煅烧温度400℃条件下制备的TiO2纳米管阵列光催化性能最佳,加入少量过氧化氢的条件下,经过3h对浓度为20ml/L甲基橙溶液降解率高达99.61%。
采用脉冲电源电沉积制备出CdS-TiO2纳米管阵列复合核壳结构光催化剂,通过改变电沉积时间制备出不同沉积厚度的CdS。实验结果表明,CdS沉积厚度开始随时间延长变厚。
研究CdS-TiO2纳米管阵列复合结构对甲基橙光催化性能影响。实验结果表明:电沉积60min时制备出来的复合机构光催化性能最好,经过20h紫外光照射后同TiO2纳米管阵列催化剂相比速率提高了30%。