摘 要

二氧化钛材料由于具有光催化活性，高稳定性，生物环境友好，低成本等特点，被广泛应用于锂电池、催化等领域，尤其是光催化领域，是目前应用最广泛的半导体材料之一。而光催化技术能够分解污染有机物，光解水获得能源，在环保越来越被重视的未来，光催化技术必将成为潮流。近年来，研究人员发现，构筑分级结构能够有效地提升二氧化钛的光催化性能，对于分级结构二氧化钛的研究如火如荼地开展了起来。本文通使用小分子有机胺作为表面活性剂通过溶剂热法合成具有分级结构的二氧化钛微球，并通过控制变量法探究了合适的合成方案。经过实验，我们成功合成了由纳米片组装成的分级结构的二氧化钛微球。并发现使用60ul二乙烯三胺作为表面活性剂，保温反应24h，然后在400℃温度下烧结的二氧化钛微球有着较好的催化性能。从我们的试验结果中也可以看出，材料的结晶性以及孔结构都对二氧化钛微球的光催化性能有所影响。

关键词：光催化，分级结构，二氧化钛

Abstract

Titanium dioxide materials are widely used in lithium batteries, catalysis and other fields, especially in the field of photocatalysis, which is one of the most widely used semiconductor materials because of its excellent photocatalytic activity, high stability, bio-environment friendly and low cost. The photocatalytic technology can break down the pollution of organic matter, photodegradation of water to obtain energy, more and more attention in the future of environmental protection, photocatalytic technology will become the trend. In recent years, the researchers found that the construction of hierarchical structure can effectively enhance the photocatalytic performance of titanium dioxide, titanium dioxide for the classification of research carried out in full swing. In this paper, titanium dioxide microspheres with hierarchical structure were synthesized by solvothermal method using small molecular organic amine as surfactant, and the suitable synthesis scheme was explored by controlling the variable method. Experiments, we successfully synthesized by the nano-chip assembled into a hierarchical structure of titanium dioxide microspheres. It was found that 60 μl of diethylenetriamine was used as the surfactant, and the thermal conductivity was carried out for 24 h, then the titania microspheres sintered at 400 ℃ had better catalytic performance. It can also be seen from our test results that the crystallinity of the material and the pore structure have an effect on the photocatalytic performance of the titanium dioxide microspheres.

Key words：photocatalysis，hierarchical structure，titanium dioxide

目录

第一章 绪论 1

1.1二氧化钛材料概述 1

1.2二氧化钛的晶型结构 2

1.3二氧化钛材料的制备综述 3

1.4分级结构氧化钛材料的研究进展 3

1.4.1空心球结构 3

1.4.2非空心球 4

1.4.3其他分级结构 5

1.5分级结构氧化钛材料的应用 6

1.5.1锂离子电池 6

1.5.2染料敏化太阳能电池 6

1.5.3光催化 6

1.6本课题的研究意义和主要内容 8

1.6.1本课题研究的意义 8

1.6.2本课题研究的主要内容 8

第二章 实验部分 9

2.1实验中所用的药品与器材 9

2.1.1实验过程中所用的药品 9

2.1.2实验耗材 9

2.1.3实验仪器 9

2.2 材料的测试表征方法 10

2.3 实验制备方案 10

2.3.1实验流程 10

2.3.2实验流程图 12

第三章 实验结果与讨论 13

3.1表面活性剂浓度对反应体系的影响 13

3.1.1 X射线衍射仪（XRD）分析 13

3.1.2场发射扫描电镜(SEM)分析 14

3.2保温时间对反应体系的影响 15

3.2.1 X射线衍射仪（XRD）分析 15

3.2.2场发射扫描电镜(SEM)分析 16

3.3表面活性剂种类对反应体系的影响 17

3.3.2 X射线衍射仪（XRD）分析 17

3.2.2场发射扫描电镜(SEM)分析 18

3.4烧结温度对反应体系的影响 19

3.4.1 X射线衍射仪（XRD）分析 19

3.4.2场发射扫描电镜(SEM)分析 20

3.4.3 N2吸附脱附（BET）分析 21

3.4.4光降解甲基橙染料的测试结果及分析 23

第4章 总结与展望 25

参考文献 26

致 谢 29

第一章 绪论

1.1二氧化钛材料概述

二氧化钛是目前应用最广泛的半导体材料之一，其本身具有十分优秀的光电性能以及物理特性，稳定性高，价格低廉，地球储量丰富而且环境友好，因而在水分解，传感器，光催化，染料敏化太阳能电池等领域中都具有十分广阔的应用的前景^[1-5]，因而备受研究者关注，是目前的研究热点。

1972年，日本学者Fujishima和Honda首次发现单晶二氧化钛电极能够在紫外光照射下分解使水分解产生清洁能源氢气^[6]。之后数十年，二氧化钛材料便以其低廉的成本，优秀的耐光化学腐蚀性能，极强的氧化还原能力等独特的优势，吸引了全世界众多研究人员进行二氧化钛材料的研究工作。