纳米TiO2及其钛酸盐的水热制备与光电性能研究
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.
- 作者：
- 罗小平
- 学位授予单位：
- 河北大学
- 专业名称：
- 光学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2008年
- 导师姓名：
- 韦志仁
- 中图分类号：
- TB383.1
- 关键词：
- 水热法；二氧化钛；钛酸盐；纳米；光催化；太阳能
- hydrothermal；TiO2；titanate；nanometer；photocatalysis；solar energy