论文总字数：23002字

摘 要

介孔二氧化钛因其特殊的结构和性能，在催化、吸附、分离等领域展现出广阔的应用前景，尤其在光催化领域，但由于TiO₂带隙宽，只吸收紫外光，光催化效率低，而掺杂石墨烯的TiO₂介孔材料吸收光谱红移，光催化效率明显提高，表现出更为优异的光催化性能。本文首先介绍介孔材料在光催化方面的相关知识以及介孔材料的制备机理，然后具体介绍介孔材料中应用最为广泛的TiO₂介孔材料的相关内容，最后推及掺杂石墨烯的TiO₂介孔材料，介绍石墨烯与二氧化钛的复合材料的一些内容。

关键词：二氧化钛，介孔材料，石墨烯，光催化

Preparation of the mesoporous material of graphene/titanium dioxide

ABSTRACT

Due to the special structure and properties of mesoporous titanium dioxide,it shows a broad application prospects in many ways,like catalysis, adsorption, separation and other areas ,especially in light catalysis.However,because of the wide band gap of titanium dioxide,the material only absorbs ultraviolet light and the light catalytic efficiency of the material is not as good as well.With the mix of graphene and the titanium dioxide ,the absorption spectrum of the mesoporous material redshifts and the light catalytic efficiency of the material improves significantly,showing a more excellent photocatalytic properties.This paper describes the knowledge of mesoporous materials in light catalysis as well as the preparation mechanism of mesoporous materials firstly , then introduces the related content of the most widely used titanium dioxide in mesoporous material.Finally ,the paper tells some content about mesoporous material of graphene/titanium dioxide,including the ways to prepare it.

Key words: Titanium Dioxide，Mesoporous Material，Graphene， Photocatalytic

目 录

摘 要 I

Abstract II

1. 光催化 1

1.1 光催化概述 1

1.2 光催化原理 1

1.3 光催化特点 1

1.4 光催化应用 2

1.5 光催化材料 2

1.6 介孔材料在光催化中的应用 3

2. 介孔材料 4

2.1 介孔材料简介 4

2.2 介孔材料分类 4

2.2.1 按照化学组成分类 4

2.2.2 按照介孔是否有序分类 4

2.3 介孔材料的特点 5

2.4 介孔材料的性能结构 5

2.5 介孔材料的合成机理 5

2.5.1 液晶模板机理 6

2.5.2 电荷密度匹配机理 6

2.5.3 广义液晶模板机理 7

2.5.4 层状折叠机理 9

2.5.5 棒状自组装机理 9

2.5.6其他机理 10

3. TiO₂介孔材料 11

3.1 TiO₂介孔材料光催化机理 11

3.2 TiO₂介孔材料的制备 11

3.2.1溶胶-凝胶法 11

3.2.2 模板合成法 12

3.2.3 水热合成法 13

3.2.4 蒸发诱导自组装法 14

3.2.5 超声化学法 15

3.2.6 化学沉积法 15

3.2.7 微乳液法 16

3.2.8 阳极腐蚀法 16

3.2.9 影响制备的主要因素 16

3.3 TiO₂在光催化中的应用 16

3.4 优缺点 17

4. 石墨烯/TiO₂介孔材料 18

4.1 石墨烯/TiO₂介孔材料光催化 18

4.2 石墨烯/TiO₂介孔材料的制备 19

4.2.1 溶胶-凝胶法 19

4.2.2 水热合成法 19

4.3 研究现状 20

参考文献 21

致 谢 24

光催化

1.1 光催化概述

光催化反应，确切的讲，是当半导体吸收等于或大于其带隙的光的辐照时产生光生载流子——电子-空穴对。光生载流子随后发生分离形成电子和空穴，电子和空穴迁移到半导体的表面，与表面吸附的物质发生氧化或还原反应，这个过程叫做非均相光催化反应。半导体称为光催化剂，也称为光触媒。光催化剂本身不参与化学反应，参与光诱导的电子过程，某些催化剂甚至不参与光诱导电子过程，只提供反应界面^[1]。

1.2 光催化原理^[2]

半导体光催化剂大多是n型半导体材料（当前以为TiO₂使用最广泛）都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构，即在价带(ValenceBand，VB)和导带(ConductionBand，CB)之间存在一个禁带(ForbiddenBand，BandGap)。由于半导体的光吸收阈值与带隙具有式K=1240/Eg (eV)的关系，因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子(e^－)和空穴(h^＋)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性，能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO₂和H₂O，甚至对一些无机物也能彻底分解。

1.3 光催化的特点

安全性：作为食品药品添加剂，经过美国FDA认证，使用非常安全（需要说明的此处应该指微米及以上尺度的二氧化钛，其他材料的光触媒或是更小尺度的二氧化钛的安全性并未得到严格认证）。

持久性：由于光触媒只是提供了反应的场所，它本身并不参与化学反应，所以它的作用效果是持久的（在存在大量矿物质的情况下，也存在钝化的可能。比如对硬水处理是可能发生碳酸钙等水垢沉积时作用效果会很快下降）。

1.4 光催化的应用^[1]

光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。利用光催化净化技术去除空气中的有机污染物具有以下特点：
　　①直接用空气中的氧气做氧化剂，反应条件温和（常温 常压）
　　②可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无机小分子，净化效果彻底。
　　③半导体光催化剂化学性质稳定，氧化还原性强，成本低，不存在吸附饱和现象，使用寿命长。

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