TiO2纳米管的制备及其光催化降解甲基橙的研究.doc

TiO2纳米管的制备及其光催化降解甲基橙的研究 摘要：以TiO2和NaOH为原料，采用水热法制备了TiO2纳米管(titania nanotube，简 称TNT)，通过x射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对TiO2纳米管的结构与 形貌进行了研究，以甲基橙(Methyl Orange)为反应物，考察了TjO2纳米管光催化降 解甲基橙的效果。研究结果表明：400℃焙烧时，Ti02纳米管主晶相为钛酸，500℃焙烧 时，其组成为锐钛矿相；制备的TiO2纳米管可以有效的降解甲基橙，且在光催化降解中 起主要作用的是锐钛矿相。 关键词：TjO2纳米管；水热法； 光催化； 甲基橙 The preparation and Ti02 nanotubes phOtocatalytic degradation of methyl orange research Abstract：Ti02 nanotubes(TNT)were prepared via hydrotherma1 synthesis taking TiO2 and NaOH as laWmaterials．X．ray Difraction(XRD1 and Scanning ElecWon Microscopy(SEM)were used to characterize thestructureandmorphologyofas-prepared Ti02 nanotubes．Methyl Orange(MO)aqueous solution was selected toevaluated the photocatalytic activities of the TNTs．The results show that the titanate phase Was 0btained．m TNT bvcalcinating the sample at 400℃ and anatase phase was obtained at 500 ℃ ．The prepared TNTs can decompose themethYl Orange aqueous solution effectively,and the anatase phase in TNTs mainly related related to the eciency of photo-degradation Keywords：Ti02 nanotubes；Hydrothermal method；photocatalysis；Methyl Orange 1引言 TiO纳米材料除了传统纳米半导体材料具有的特性外，还具有无毒、无害、容易制备、价格低廉等优点，是一种重要的无机功能材料，具有广泛的用途。与TiO2粉体、TiO2膜相比，TiO2纳米管(TNT)是一维特殊结构的TiO2纳米材料，有更大的比表面积和更高的比表面能，因此有更好的光催化活性和光电转换性能，已应用到光催化、太阳电池、锂离子电池、气体传感器等方面，引起人们极大关注。TNT的制备方法主要有：模板法f 、阳极氧化法、碱液水热合成法等。模板法可大量制备规则且形貌可控的纳米、微米材料，但模板制备工艺复杂，且纳米管形状和尺寸受模板限制，所制备的纳米管在模板分离时有所破坏，制备成本也因此变高；阳极氧化法制备条件复杂，且得到的纳米管需要后处理；水热合成法是将TjO2纳米粒子在高温下与强碱进行一些系列化学反应，然后经过离子交换、焙烧。从而制备纳米管的方法。该法具有合成工艺操作简便，成本低廉，且用该法各种晶型(锐钛型、金红石型、板钛矿或无定形)TiO2纳米颗粒都可合成纳米管，且纳米管的转化率接近100％ ，有利于工业化生产。 1 998年日本科学家Kasuga等憎次利用TiO2粒子与NaOH溶液反应，通过水热法合成了粒径均(约10 nm)的TNT，比表面积超过400 m ／g，他们认为TNT是在水热产物酸洗过程中形成，产物与酸洗溶液的pH值有关。后来，研究者们利用水热法先得到相应的钛酸盐，然后用 离子与Na离子进交换，在一定温度下煅烧得到长约200rim，管径6-20nm的多晶TiO2纳米管。其纳米管的形成机理被认为是TiO 粉末在碱水热处理过程发生解离形成含有Ti．O．Na键的物质，在盐酸清洗过程中Na+被H+取代形成片状H2TiO3卷曲而成，在合成过程NaOH起着催化剂的作用，并可以重复使用另外，研究表明，煅烧温度为400～600~C时TNT对丙酮的光催化活性高于TiO：纳米粉末，但700—900~C时由于TNT 中金红石含量增加及比表面积下降，使光催化活性明显下降。王竹梅等考察了煅烧温度对钛酸盐纳米管结光催化活性