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摘 要：以TiO2粉体和NaOH溶液为原料利用水热法合成TiO2纳米管，以不同浓度的氨水为氮源利用浸渍法合成N元素掺杂的TiO2纳米管(N-TiO2)。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等表征方法对所得产物进行表征。以甲基橙作为模型污染物，研究了N-TiO2纳米管在紫外光下光催化能力。实验结果表明，合成的TiO2纳米管为竹节状结构；N掺杂阻碍TiO2晶粒的增长，抑制锐钛矿向金红石的转变；氮元素的掺杂使得TiO2在可见光区有更强的吸收；N-TiO2纳米管光催化剂对环境污染物的降解能力最强，反应100 min降解率可达72.56%。关键词：TiO2纳米管；水热法；N掺杂；光催化性能；甲基橙8686
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Synthesis and Properties of Nonmetal Doped TiO2 Nanotubes Abstract: With TiO2 powders and NaOH solution as raw materials, TiO2 nanotubes were prepared by hydrothermal method. With different concentrations of ammonia as nitrogen source, N doped TiO2 nanotubes (N–TiO2) were prepared by impregnation method. The samples were characterized by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), uv-vis diffuse reflection spectroscopy (UV-vis)。Methyl orange as model of pollutants, N–TiO2 nanotubes composite properties were studied under the ultraviolet photocatalytic abilities. The experimental results showed that TiO2 nanotubes performaned bamboo-like structure. N element blocked TiO2 nanotubes growth and inhibited anatase to rutile. Nitrogen doping made the TiO2 have stronger absorption in the visible area. The degradation of environmental pollutants of N–TiO2 was the best. The reaction of 100 min degradation rate could reach 72.56%.
Key Words: TiO2 nanotubes; Hydrothermal method; Nitrogen doping; Photocatalytic performance; Methyl orange
目 录
摘 要 1
引 言 2
1实验内容 3
1.1仪器与试剂 3
1.2实验方法 4
1.3表征 4
1.4光催化反应实验 4
2结果与讨论 5
2.1 SEM分析 5
2.2 XRD分析 6
2.3 FT-IR图谱分析 8
2.4 UV-vis图谱分析 9
2.5 PL光谱分析 9
2.6光催化性能 10
3结论 12
参考文献 12
致 谢 15
非金属掺杂TiO2纳米管的合成及活性研究引 言
随着全球经济的迅速发展，环境问题变得日益严重，由此兴起的半导体多相光催化技术在环境光催化领域方面发挥了巨大的潜力，从而引起国内外广泛的重视。由于纳米催化技术可克服传统水处理和空气净化方法中的诸多弊端，利用该技术进行环境治理已成为近年来各国高科技竞相追逐的热点，因而关于纳米催化材料的基础研究是国内外科研机构普遍关注的热门研究课题[1-4]。在众多的纳米光催化材料中，TiO2脱颖而出。TiO2是一种金属氧化物半导体功能材料，多呈颗粒状，常以其化学性质稳定、本身无毒且对人体无害、氧化活性高、价格低廉、不引起二次污染等优点而最受研究人员的关注，是目前应用最广泛的光催化纳米材料，也是最具有开发前景的绿色环保型催化剂[5]。
TiO2纳米管是其中的一种存在形式，与TiO2纳米粉体和TiO2薄膜相比，TiO2纳米管具有较大的比表面积和孔体积，因而具有较高的吸附能力，在一定条件下还可大幅度提高其光催化性能。近年来，TiO2纳米管的的合成方法主要有模板法、溶胶-凝胶法、水热合成法等。水热合成法[6]相比其他几种方法的优点是：合成过程中直接生成氧化物，无需煅烧，有效的避免了纳米管的硬团聚。产物晶粒分布均匀，发育完整，而且该法可以控制粒度，颗粒之间的团聚少，原料较为便宜，可以得到较理想的化学计量组成材料。
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