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(titaniananotube，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(MethylOrange)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

ThepreparationandTi02nanotubesphOtocatalyticdegradationofmethylorangeresearch
Abstract：Ti02nanotubes(TNT)werepreparedviahydrotherma1synthesistakingTiO2andNaOHaslaWmaterials．X．rayDifraction(XRD1andScanningElecWonMicroscopy(SEM)wereusedtocharacterizethestructureandmorphologyofas-preparedTi02nanotubes．MethylOrange(MO)aqueoussolutionwasselectedtoevaluatedthephotocatalyticactivitiesoftheTNTs．TheresultsshowthatthetitanatephaseWas0btained．mTNTbvcalcinatingthesampleat400℃andanatasephasewasobtainedat500℃．ThepreparedTNTscandecomposethemethYlOrangeaqueoussolutioneffectively,andtheanatasephaseinTNTsmainlyrelatedrelatedtotheeciencyofphoto-degradation
Keywords：Ti02nanotubes；Hydrothermalmethod；photocatalysis；MethylOrange

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。
1998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10nm)的TNT，比表面积超过400m／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的影响，表明500~C时光催化活陛最强，煅烧温度高于600℃后，由于锐钛矿晶体减少，纳米管的光催化活性降低，但与Tio2粉体相比其光催化性能提高了很多。
综述文献研究表明，通过优化反应条件，如水热合成温度、煅烧温度、反应时间和酸洗HCI浓度等，利用水热法可以大量合