摘 要

锐钛矿型二氧化钛的高能面{001}面具有更高的光催化反应活性，因此，合成具有高暴露比例{001}面的锐钛矿型二氧化钛材料一直是当前的研究热点。目前常用的合成方法多是在合成过程使用HF进行晶面调控，然而HF具有很强的腐蚀性，不仅危害实验人员身体健康，极易对环境造成污染，并且无法回收利用。本文旨在通过引入“绿色溶剂”含氟离子液体以取代HF对锐钛矿型纳米二氧化钛晶体进行晶面调控作用，并通过X射线衍射（XRD）测试、场发射扫描电子显微镜（SEM）测试及N₂吸附-脱附（BET）测试来对样品进行表征，通过光降解亚甲基蓝染料及掺Pt样品光解水产氢来测试样品的光催化性能，并进一步研究了不同粘度溶剂体系对样品结构与性能的影响。实验结果表明，与未引入含氟离子液体体系下合成出的样品相比，引入含氟离子液体后合成出的二氧化钛样品的结晶性明显变好，高能面{001}面的比例也都明显增大，二氧化钛晶体的形貌均一，颗粒尺寸也都在10nm左右，增大了样品的比表面积，同时，材料的光催化性能均出现大幅度提升。因此，“绿色溶剂”含氟离子液体或可取代HF作为合成具有高暴露比例{001}面锐钛矿型二氧化钛材料的调控剂，此方法安全有效，绿色环保，并具有可循环利用的特点，有重大的研究意义。

关键词：纳米二氧化钛；含氟离子液体；光催化性能

Abstract

The high energy {001} facets of anatase titanium dioxide has a higher photocatalytic activity. Therefore, the synthesis of anatase titanium dioxide with high exposure ratio {001} facets is always a hot topic. At present, the synthetic methods are mostly used in the synthesis process using HF for morphology controlling agent, but HF has a strong corrosive, not only harm the health of the experimental staff, easy to cause pollution to the environment, and can not be recycled. The purpose of this paper is to use the "green solvent" fluoride ion liquid to instead of HF for the anatase nanometer titanium dioxide morphology controlling agent, and by X-ray diffraction (XRD) test, field emission scanning electron microscopy (SEM) test and N₂ adsorption-desorption (BET) test was used to characterize the samples, the photocatalytic performance of the samples by photodegradation of methylene blue dye and Pt-containing samples and the effects of different viscosity solvent systems on the structure and properties of the samples are further studied. The experimental results show that the crystallinity of the titanium dioxide sample synthesized after the using of the fluoride ion liquid is obviously better than that of the sample without the using of the fluorine-containing ionic liquid system, and the proportion of the high energy {001} facets is also become larger, the crystal morphology of samples are homogeneous, particle size is about 10nm, increasing the specific surface area of ​​the sample, while the materials’ photocatalytic performance are significantly improved. Therefore, the "green solvent" fluorine-containing ionic liquid can instead of HF being used as a morphology controlling agent for the synthesis of high exposure ratio {001} facets anatase titanium dioxide material. This method is safe,effective, and green, and has the characteristics of recyclable , has significant research significance.

Key Words：Nano-titanium dioxide；fluorine-containing ionic liquid；photocatalytic activity

目录

第1章 绪论 1

1.1 背景 1

1.2 二氧化钛及其光催化原理 1

1.3 纳米二氧化钛的合成方法 2

1.3.1 气相法 2

1.3.2 液相法 2

1.4 二氧化钛活性晶面的调控 3

1.5 “绿色溶剂”含氟离子液体 4

1.6 本文的研究内容和方法 5

第2章 实验部分 6

2.1 实验试剂及仪器 6

2.1.1 实验试剂 6

2.1.2 实验仪器与设备 6

2.2 锐钛矿型纳米二氧化钛的制备 7

2.3 样品的表征 8

2.4 样品的光催化性能测试 8

2.4.1 光降解染料 8

2.4.2 光解水产氢 8

第3章 实验结果与讨论 10

3.1 水体系下样品的表征及测试结果与分析 10

3.1.1 X射线衍射仪（XRD）表征结果及分析 10

3.1.2 场发射扫描电子显微镜（SEM）表征结果及分析 11

3.1.3 N₂吸附脱附（BET）表征结果及分析 13

3.1.4 光降解亚甲基蓝染料的测试结果及分析 14

3.1.5 光解水产氢的测试结果及分析 15

3.2 乙二醇体系下样品的表征及测试结果与分析 16

3.2.1 X射线衍射仪（XRD）表征结果及分析 17

3.2.2 场发射扫描电子显微镜（SEM）表征结果及分析 19

3.2.3 N₂吸附脱附（BET）表征结果及分析 19

3.2.4 光降解亚甲基蓝染料的测试结果及分析 21

3.2.5 光解水产氢的测试结果及分析 23

3.3 甘油体系下样品的表征及测试结果与分析 23

3.3.1 X射线衍射仪（XRD）表征结果及分析 24

3.3.2 场发射扫描电子显微镜（SEM）表征结果及分析 26

3.3.3 N₂吸附脱附（BET）表征结果及分析 27

3.3.4 光降解亚甲基蓝染料的测试结果及分析 28

3.3.5 光解水产氢的测试结果及分析 30

第4章 总结与展望 31

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 背景

随着社会经济的发展，环境污染愈发加剧，其中有机染料废水及有机废气的污染尤为严重且难于在自然条件下降解或用微生物法降解，而光催化降解则为这一系列污染物的治理提供了新思路^[1]。二氧化钛，作为一种发展成熟的半导体光催化材料，在降解染料的过程中因具有效率高、能耗低、操作简便、反应条件温和、适用范围广、可减少二次污染等突出优点而被广泛使用^[2]。关于二氧化钛光催化技术的基础研究，许多国内外工作者在这方面做了大量的工作，不仅研究了二氧化钛光催化氧化有机物的机理，而且还深入地研究了二氧化钛的结构及表面性质与光催化活性的关系、光生载流子(电子与空穴)的运输特性及光催化降解的有机物动力学特征等。纳米二氧化钛在光催化领域具有极大的应用前景。为了更好的治理和保护我们赖以生存的环境，越来越多的研究人员旨在通过各种方式来提高二氧化钛的光催化性能。

1.2 二氧化钛及其光催化原理