论文总字数：32222字

摘 要

TiO₂是宽带隙的半导体材料，化学性质稳定，应用广泛，受到越来越多的关注。半导体复合材料光催化剂能够有效抑制光生载流子复合，本文利用光还原的方法在不同条件下实现Cu/Cu_xO_y对TiO₂微米球的负载，并研究其相应复合材料的光催化性能。

在本课题中，我们用溶剂热法合成本实验所需的氧化钛微米球，在一定浓度的硝酸铜MSA溶液中，利用光还原方法实现铜及其氧化物对二氧化钛的负载。本实验中主要通过改变Cu与MSA的比例、铜离子浓度、退火氛围、溶剂种类以及还原光的种类来探究所生成的复合材料的可见光催化效果。通过扫描电子显微镜和X-Ray 衍射仪对负载后的复合纳米材料进行微观形貌分析和物相结构分析，通过紫外-可见分光光度计对光催化效果进行表征分析，得出前驱体为1% Cu-MSA (1:0.5)，水为溶剂时，在UV光还原30 min并在空气下退火2 h得到的复合材料的光催化降解效果最佳。

关键词：TiO₂纳米球；负载；光还原；Cu及其氧化物；可见光光催化

ABSTRACT

TiO₂ is a semiconductor material with a wide band gap, high chemical stability, and a wide range of applications, so it is subject to more and more attention. The Photo-catalyst of semiconductor composite structure can effectively inhibit the recombination of photo-generated carriers. In this paper, the loading of Cu/Cu_xO_y on nanometer TiO₂ was synthesized by photo-reduction under different conditions, and the photo catalytic properties of the composites were studied.

In this topic, we utilized titanium dioxide nanoparticles synthesized by solvothermal method as our carrier materials, the mixed solution of copper nitrate and MSA as our precursor of copper, utilizing the photo-reduction method to achieve the loading of copper on titanium dioxide. The photocatalytic performance of these composite materials prepared ware tested by changing the ratio of Cu to MSA, the concentration of copper ions, the annealing environment, the types of solvents and the kinds of reduced light. Then scanning electron microscope and X-Ray Diffraction were used to characterize the microscopic morphology and phase structure of the composite materials respectively, and UV-vis spectrophotometer was used test the photocatalytic performance of these composite materials prepared in different conditions. It turned out that the composite materials own the best photocatalytic performance when the materials being radiating for 30 minutes by UV with precursor being 1% Cu-MSA (1：0.5) and water as the solvent, then annealing in air for 2 hours.

Key word: TiO₂ nanometer spheres; doping; photo-reduction; Cu and its oxide; photo-catalysis

目 录

摘 要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 纳米材料简介 1

1.1.1 纳米技术背景 1

1.1.2 纳米材料的定义及分类 1

1.1.3 纳米材料的特性 3

1.2 纳米氧化钛材料研究综述 4

1.2.1 氧化钛的结构 4

1.2.2 纳米TiO₂的性质 5

1.2.3 纳米氧化钛的制备方法 5

1.3 氧化钛光催化反应机理概述 7

1.3.1 光催化反应的基本途径 7

1.3.2 影响二氧化钛光催化剂活性的主要因素 9

1.4 二氧化钛光催化剂的改性 10

1.4.1 复合半导体 10

1.4.2 金属沉积 10

1.4.3 金属掺杂 11

1.4.4 非金属掺杂 11

1.4.5多元化修饰技术 11

1.4.6 光催化剂的负载 11

1.5氧化钛光催化剂的应用 12

1.5.1 污水处理 12

1.5.2 还原金属离子 12

1.5.3抗菌自洁陶瓷材料 12

1.5.4 医药行业 13

1.5.5 降温材料 13

1.6本研究论文的研究目的和发展前景 13

1.6.1 研究目的 13

1.6.2 发展前景 13

第二章 实验部分 15

2.1 实验原料和装置 15

2.1.1 主要药品 15

2.1.2 实验仪器 15

2.1.3 表征仪器 16

2.2 实验步骤 16

2.2.1 氧化钛纳米球的制备 16

2.2.2 Cu/Cu_xO_y-TiO₂复合材料的制备 16

2、以Cu² 为铜源前驱体光还原制备Cu-TiO₂复合材料 19

（1）365 nm UV光还原时调节Cu² 的浓度 19

3、溶剂热法一步制备Cu/Cu_xO_y-TiO₂复合材料 20

2.2.3光降解实验 20

2.3 不同条件下Cu² 掺杂/负载的氧化钛的表征 20

2.3.1微观形貌分析 20

2.3.2 物相结构分析 21

第三章 结果与讨论 22

3.1 TiO₂微米球的结构表征 22

3.2 以Cu-MSA为前驱体制备Cu-TiO₂复合材料的表征分析 22

3.2.1 Cu与MSA为1:0.5时调节前驱体中铜的含量 22

3.2.2 前驱体中铜的含量不变时改变Cu与MSA比例 25

3.2.3 前驱体为1% Cu-MSA (1:0.5) 时改变溶剂种类 25

3.2.4 前驱体为1% Cu-MSA (1:0.5) 时改变光的种类 27

3.2.5 Cu-MSA 为1:0.5时氮气退火条件下样品分析 27

3.3 以Cu² 为前驱体制备Cu-TiO₂复合材料 28

3.3.1不同浓度Cu² 负载365 nm光还原的TiO₂的光催化性能 28

3.3.2不同浓度Cu² 负载UV光还原的TiO₂的光催化性能 29

3.4热溶剂掺杂1% Cu2 的TiO2的表征 29

3.5 实验结论 30

参考文献 31

致 谢 35

第一章 绪论

1.1 纳米材料简介

1.1.1 纳米技术背景

纳米技术是指合成开发尺寸介于原子和块状之间至少有一个维度尺寸在纳米范围的新型材料。当材料大小处于纳米范围时，其性质与原子和块状相比发生了巨大变化，如果我们恰当的调控其结构性质，那就会产生新的科学、技术及器件。纳米技术其主要的主题是微型化和小型化，在1959年，理查德•费曼（诺贝尔物理学奖得主）就指出了它的重要性^[1]，他指出纳米技术将会挑战摩尔定律，根据摩尔定律，微电子器件每四年会缩小一半，他预测到2020年，微电子器件将处于纳米尺寸，一块手表就可以容纳一千张光盘的储存容量。如今纳米技术已成为科学界炙手可热的研究课题之一，随着人们对纳米技术的认识逐步加深及逐渐完善的纳米动力学，其展现出越来越广泛的应用前景。

1.1.2 纳米材料的定义及分类

纳米材料有两种不同的定义^[2]：最广泛应用的一种是指材料的结构单元在三维空间中，至少需有一维的尺寸小于100纳米。该定义对许多材料具有优先性的研究课题非常适合；具有更加限制性的定义方式是指其性质内在依赖于极小的晶粒尺寸。表1-1为不同尺度大小的典型纳米材料。

近年来由于各种新型纳米材料的合成方法以及新型表征与分析工具的出现，纳米科学和纳米技术发生了巨大的增长（表1-2）^[3-5]，这也使得人们能够对纳米材料的独特性质进行深入的研究。纳米材料按照空间维度可分为三类：零维纳米材料，指空间三维尺度均为纳米量级；一维纳米材料，指在空间二维尺度为纳米尺寸；二维纳米材料，指在空间三维中只有一维在纳米尺寸。纳米材料依据类型可分为：有机纳米材料、无机纳米材料、复合纳米材料、陶瓷纳米材料、金属纳米材料；按照物性可分为：光学纳米材料、磁性纳米材料、生物纳米材料、半导体纳米材料、超导体纳米材料。

请支付后下载全文，论文总字数：32222字