1、2012 /2013 學(xué)年第 2 學(xué)期 環(huán)保材料課程考核試卷 A、B課程代碼： 任課教師_施文健 考試形式： 開(kāi)卷、閉卷課程性質(zhì)：通識(shí)、基礎(chǔ)、專業(yè)、必修、選修、考試、考查、指選、跨選 適用年級(jí)/專業(yè) 二年級(jí)/環(huán)境工程 學(xué)分/學(xué)時(shí)數(shù) 2/32 考試時(shí)間 1周 學(xué)號(hào) 姓名 陳柱良 專業(yè) 環(huán)境工程 得分 撰寫小論文：環(huán)境工程材料研究進(jìn)展學(xué)生通過(guò)對(duì)應(yīng)用于防止、治理、修復(fù)環(huán)境污染的材料，包括凈化材料、環(huán)境修復(fù)材料以及環(huán)境替代材料等材料中就某一種具體的環(huán)境工程材料的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。學(xué)生的工作由國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索、閱讀、歸納總結(jié)、并對(duì)該研究領(lǐng)域進(jìn)行展望、小論文寫作組成。小論文內(nèi)容：題目、前言（目的意義）、國(guó)內(nèi)

2、外研究現(xiàn)狀包括：材料的制備方法、材料表征、理化性能、在環(huán)境工程中的應(yīng)用，寫出學(xué)生自己的學(xué)習(xí)后的認(rèn)識(shí)、觀點(diǎn)或展望在該領(lǐng)域研究方向及應(yīng)用前景。具體要求：查閱的中文文獻(xiàn)10篇、英文文獻(xiàn)5篇、小論文字?jǐn)?shù)5000字左右、列出參考文獻(xiàn)。二氧化碳納米管的制備與應(yīng)用前言： 納米TiO2是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料,多呈顆粒狀，它在環(huán)境光催化領(lǐng)域作為催化劑已引起廣泛重視1,2。由于其具有無(wú)毒、氣敏、濕敏、介電效應(yīng)、光電轉(zhuǎn)換、光致變色及催化活性高、氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)3,4而被廣泛應(yīng)用于各種光催化反應(yīng)技術(shù)中,如自潔材料、介電材料、催化劑極載體、傳感器、光催化太陽(yáng)能電池、光裂解水制氫以及光催化降解大氣和水中污染物

3、等領(lǐng)域。Ti02納米管是其又一種存在形式，納米Ti02在光催化降解水中有機(jī)污染物方面有明顯的優(yōu)勢(shì)5，而且還能夠解決汞、鉻、鉛等金屬離子的污染問(wèn)題。由于納米管具有大的比表面積，因而具有較高的吸附能力，可望提高其光催化性能；特別是若能在管中填充更小的無(wú)機(jī)、有機(jī)、金屬或磁性納米級(jí)顆粒形成一維復(fù)合納米材料，將會(huì)大大改善Ti02的光電、電磁、催化及抗菌等性能。目前,對(duì)TiO2納米薄膜、納米粉體及摻雜改性的納米TiO2復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)相變及其應(yīng)用已進(jìn)行了大量研究。但對(duì)于TiO2納米管的光電性能、催化性能及其應(yīng)用的研究還處于起步階段。TiO2納米管是納米TiO2的一種新的存在形式,與其他形態(tài)的納米TiO

4、2材料相比,它具有更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力,有望進(jìn)一步提高TiO2的光電轉(zhuǎn)換效率和光催化性能,特別是若能在該納米管中摻雜部分無(wú)機(jī)、有機(jī)、金屬或者磁性材料而制備出復(fù)合納米材料,則TiO2納米管的光電性能和催化活性將得到大大的改善。1、 二氧化鈦納米管的制備方法1、 模板法 該法是合成納米管和納米線等一維納米材料的一項(xiàng)有效技術(shù)，具有良好的可控制性。制備氧化鈦納米管較多采用模板法(以PAA為模板或以PAO為模板或以有機(jī)凝膠為模板)，類似于鑄造工藝中的模具，納米材料的形成仍然需要利用常規(guī)的膠溶法、溶膠一凝膠法等化學(xué)反應(yīng)來(lái)制備。鈦醇鹽水解法是溶膠一凝膠法的一種，其優(yōu)點(diǎn)是可在反應(yīng)體系加入一些表面活性

5、劑或模板劑，使其按一定的方向聚合，形成具有特定孔結(jié)構(gòu)的納米Ti02。原料的純度較高，整個(gè)過(guò)程不引入雜質(zhì)離子，而且反應(yīng)條件溫和，可以通過(guò)嚴(yán)格控制工藝條件，制得純度高、粒徑小、粒度分布窄的納米粉體，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；缺點(diǎn)是原料成本高，干燥、煅燒時(shí)凝膠體積收縮大，造成納米Ti02顆粒間的團(tuán)聚。 以多孔氧化鋁為模板，將其在Ti(OC4H9)4中浸漬處理后即可得到TiO2納米管6。用溶膠一凝膠技術(shù)在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板的有序微孔內(nèi)可以制備高度取向的TiO2納米線陣列膜7。李曉紅8等以多孔陽(yáng)極氧化镅(PAA)為模板，制得的納米管管徑較大(100 nm)，管壁較厚(10 nm)，管徑受到PAA模板孔徑的限制。試

6、驗(yàn)表明通過(guò)控制PAA模板在膠體溶液巾的沉浸時(shí)間進(jìn)而很好地控制TiO2納米管的長(zhǎng)度和管壁厚度，這一結(jié)果同時(shí)表明帶正電荷的TiO2膠體粒子在帶負(fù)電荷的PAA膜膜孔孔壁上優(yōu)先吸附和生長(zhǎng)。 MICHAlLOWSKI Al9等以多孔陽(yáng)極氧化鋁(PAO)為模板成功地制備了管徑為5070 nm，壁厚為3nm的TiO2納米管。JONGHWAJUNG10等以有機(jī)凝膠法制備了螺旋帶狀Ti02和雙層的Ti02納米管，層間距約為89 nm。模板法都可以在孔道內(nèi)或模板外生長(zhǎng)出氧化物的納米管，選擇性的分解或除去模板可以得到納米管。但這種方法得到的納米管的內(nèi)徑一般較大，并受模板形貌的限制，而且制備過(guò)程及工藝復(fù)雜，更多的研究

7、人員傾向于采用化學(xué)處理法。 模板法合成TiO2納米管示意圖112、陽(yáng)極氧化法 陽(yáng)極氧化法是將高純度的鈦薄片置于低濃度的電解質(zhì)溶液中,如(NH4)2SO4、NH4F、HF等,經(jīng)陽(yáng)極氧化而獲得TiO2納米管的方法。利用該方法可以制得排列整齊的納米管陣,其管壁較厚,管徑比較好,具有半導(dǎo)體特性,通常為無(wú)定性態(tài),由于TiO2納米管生長(zhǎng)在Ti板上,易制備為器件,有利于回收。Mack等12先將0.1mm厚的金屬鈦薄片(99.6%)置于丙酮、異丙醇和甲醇的混合溶液中進(jìn)行超聲脫脂,用去離子水沖洗干凈后,放于氮?dú)饬髦泻娓?。將?jīng)過(guò)處理后的鈦薄片浸入濃度為1mol/L的(NH4)2SO4和015%5%(wt)的NH4

8、F混合溶液中進(jìn)行陽(yáng)極化。通過(guò)改變陽(yáng)極電位掃描速率、電解質(zhì)NH4F的濃度,可以得到不同性狀的TiO2納米管。Varghese13研究了以0.432.0V/min的不同電壓掃描速率將陽(yáng)極電位從10V升至23V,隨著陽(yáng)極電位的線性增加,使得TiO2納米管的內(nèi)徑也呈線性增加,最后得到長(zhǎng)度約500nm的圓錐形TiO2納米管。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí),該納米管的穩(wěn)定性很高,在600e以下可以保持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的Gopal等14利用0.25mm的金屬鈦薄片在0.5%氫氟酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和醋酸的混合電解質(zhì)溶液(混合比為7:1)中陽(yáng)極化。陽(yáng)極化過(guò)程中施加恒定的12V電壓,并控制電解質(zhì)的溫度保持在5e,陽(yáng)極化

9、完成后可以得到排列較好的納米管。再將得到的TiO2納米管樣品在氧氣氛中450e、2.5e/min的速率下退火處理3h,從而向晶型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。制得的TiO2納米管管長(zhǎng)360nm,管徑為46nm,管壁厚度為17nm。其頂部和側(cè)面的掃描電鏡圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)TiCl4溶液處理后的TiO2納米管的光電流轉(zhuǎn)化率為2.9,光電流強(qiáng)度為7.87mA/cm2, 是未經(jīng)過(guò)TiCl4溶液處理的TiO2納米管的5倍。3、 水熱法 該法是最有前景的納米Ti02合成技術(shù)之一。水熱合成Ti02納米管大多都是從納米TiO2，粉體為前驅(qū)物，利用特制的密閉反應(yīng)容器，采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，經(jīng)堿液處理，通過(guò)“溶解結(jié)晶”兩個(gè)

10、階段而得到。 在溫和的水熱條件下，用堿溶液處理不同的銳鈦礦相和金紅石相二氧化鈦納米粉體，能得到不同形貌的二氧化鈦納米管15。110C水熱條件下,用NaOH溶液處理銳鈦礦型Ti02制備納米管，產(chǎn)物的均勻性好16。 Sun Xiaoming17等認(rèn)為水洗有助于納米管的形成，但是得到的納米管不是Ti02而是鈦鹽NaxH2-xTi3O7(x0.75)。也有實(shí)驗(yàn)認(rèn)為納米管的形成是在堿處理過(guò)程中，隨后的酸處理對(duì)納米管結(jié)構(gòu)的形成及其形狀沒(méi)有影響18。 王芹19等的研究結(jié)果表明，納米管是在NaOH水熱處理過(guò)程中形成的，而不是在清洗過(guò)程中形成的，且其形貌與清洗時(shí)水溶液的pH無(wú)關(guān)，這一結(jié)果與Yao等20的研究一致

11、，而與KASUGA和Sun Xiaoming等人的觀點(diǎn)不同。他們發(fā)現(xiàn)清洗液的pH對(duì)生成的納米管的成分和結(jié)構(gòu)有影響，在堿性清洗液中，納米管的主要成分為Na2TiO3和H2TiO3，在酸性條件下，納米管主要為H2TiO3。 Yang Jianjun21等通過(guò)水熱法合成了納米管，但他們認(rèn)為此納米管組成是Na2Ti2O4(OH)2，而不是TiO2，TiOx或H2TiO3，用鹽酸處理后納米管Na2Ti2O4(OH)2轉(zhuǎn)化成納米管H2Ti2O4(OH)2。100C下反應(yīng)時(shí)間大于8 h，才能成管，反應(yīng)時(shí)問(wèn)長(zhǎng)，粒徑變大22。水熱合成法的優(yōu)點(diǎn)在于可直接生成氧化物，無(wú)需煅燒，避免了硬團(tuán)聚的形成。產(chǎn)物晶粒分布均勻，

12、發(fā)育完整，而且該法可以控制粒度，顆粒之間的團(tuán)聚少，原料較為便宜，可以得到理想的化學(xué)計(jì)量組成材料。水熱合成納米TiO2的關(guān)鍵問(wèn)題是設(shè)備要經(jīng)歷高溫和高壓，因而對(duì)材質(zhì)和安全要求較嚴(yán)格而且成本較高。水熱法合成TiO2納米管的TEM圖4、 微波合成法 微波合成法實(shí)際上是在水熱合成法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的納米材料合成方法。在微波條件下水熱合成納米管是將納米管的合成體系置于微波輻射范圍內(nèi),利用微波對(duì)水的介電作用進(jìn)行合成,是一種新型的合成方法。吳省等23將一定量TiO2粉末放入裝有50ml 10mol/L NaOH溶液的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,超聲10min分散顆粒,然后將反應(yīng)釜置于帶有回流裝置的微波爐內(nèi),

13、在微波作用下回流加熱90min,取出反應(yīng)釜,分離出固體產(chǎn)物,用去離子水洗滌至pH=7,過(guò)濾后真空干燥得到TiO2納米管。2、 二氧化鈦納米管的結(jié)構(gòu)表征方法對(duì)于納米材料的表征可以包括定性觀察，定量的結(jié)構(gòu)分析、成份分析、價(jià)態(tài)和原子占位確定。對(duì)于TiO2納米管，形貌表征上主要了解管的幾何尺寸，包括管長(zhǎng)、直徑、管壁層數(shù)等，晶體結(jié)構(gòu)上主要了解晶胞參數(shù)、價(jià)態(tài)和原子占位、雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)缺陷。性質(zhì)上還可以了解光譜特性、光致變色、氣敏性能等。1、 XRD（X射線粉末衍射實(shí)驗(yàn)） XRD是鑒定物質(zhì)晶相的有效手段，可確定晶胞的原子位置，晶胞參數(shù)以及晶胞中的原子數(shù)等。高分辨XRD可得到比普通XRD更可靠的結(jié)構(gòu)信息，獲取有關(guān)

14、晶胞內(nèi)相關(guān)物質(zhì)的元素組成、尺寸與鍵長(zhǎng)等納米材料的精細(xì)結(jié)構(gòu)方面的數(shù)據(jù)和信息。XRD還可以用來(lái)分析二氧化鈦光催化劑的金紅石型與銳鈦礦型的晶型轉(zhuǎn)變及晶型含量以及粒徑。XRD測(cè)定表明銳鈦礦型原料用水熱法制備的納米管是無(wú)定型的，經(jīng)400C煅燒3 h后又變成銳鈦礦型24。從純鈦酸和過(guò)渡金屬離子置換的鈦酸納米管的XRD圖能夠得知置換后的鈦酸納米管沒(méi)有新的衍射峰，但各衍射峰的強(qiáng)度略有差異，置換離子對(duì)結(jié)晶度有一定影響25。梁建26叫等進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)通過(guò)水熱法制得的二氧化鈦納米管為銳鈦礦和金紅石混晶型TiO2. TiO2的XRD圖譜2、 透射電鏡(TEM)，高分辨航向電鏡(HRTEM)及選區(qū)電子衍蔓J,J(

15、SEAD) 透射電子顯微鏡尤其是高分辨透射電子顯微鏡在通過(guò)對(duì)材料的物質(zhì)表面及內(nèi)部進(jìn)行形貌觀察，進(jìn)行電子衍射分析及高分辨電子顯微術(shù)研究，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)及晶體性能進(jìn)行研究，配合能譜儀可以對(duì)各種元素進(jìn)行定性，定量及半定量的微區(qū)分析，梁建等通過(guò)TEM發(fā)現(xiàn)二氧化鈦納米管樣品的形貌是中空的管狀，而非實(shí)心納米線。通過(guò)HRTEM發(fā)現(xiàn)納米管的徑向尺寸并不相同，管壁層數(shù)也并不相同，層數(shù)多達(dá)15層，而且兩端都是開(kāi)口的。 也有用TEM研究發(fā)現(xiàn)存在納米顆粒，納米管，納米帶等不同的微觀結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制反應(yīng)溫度(同時(shí)控制系統(tǒng)壓力)可以實(shí)現(xiàn)二氧化鈦納米材料微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)。隨反應(yīng)溫度的升高變化，TiO2經(jīng)歷了顆粒狀到管狀和帶狀的變化

16、。但也有觀點(diǎn)認(rèn)為水熱合成過(guò)程中溫度較高，晶體生長(zhǎng)速度過(guò)快所形成金屬鈦鹽的層狀結(jié)構(gòu)較厚，不易卷曲成管，在超聲分散及鹽酸水洗時(shí)層狀結(jié)構(gòu)剝離形成納米片27。 通過(guò)TEM研究，王芹等發(fā)現(xiàn)110水熱法，隨時(shí)間延長(zhǎng)，6 h后納米粉末會(huì)漸漸轉(zhuǎn)變成片狀，14 h后納米管形成，但長(zhǎng)度較短，24 h后管長(zhǎng)明顯增加。這一點(diǎn)和洪劍28等的發(fā)現(xiàn)有所不同。王保玉等制得300500 nm的直管，有的是雙層關(guān)，有的是多層管。TiO2納米管為無(wú)定型結(jié)構(gòu)。400C的煅燒后，管狀結(jié)構(gòu)被破壞成為銳鈦礦的實(shí)心結(jié)構(gòu)。邵穎29等通過(guò)TEM觀察到的納米管管徑均勻，管壁粗糙，由許多非常細(xì)小的TiO2納米粒子組成。 TiO2的TEM圖像 Ti0

17、2納米管(a)和不同尺寸納米管管壁(b)的HRTEM圖像 TiO2納米管的SEM圖像納米管橫截面的HRTEM像(a)和管的截面模型(b)3、 X射線能譜(EDS)分析方法 X射線能量色散譜方法(EDS-energydispersive xray spectroscory)，簡(jiǎn)稱X射線能譜方法。根據(jù)這種特征X射線的峰值處的能量值就可以確定物質(zhì)的種類，根據(jù)其積分強(qiáng)度還可以確定其組成。能譜儀是用來(lái)對(duì)材料微區(qū)成分元素種類與含量分析，配合掃描電子顯微鏡使用。宋旭春30等以納米管的微區(qū)能譜元素分析(EDS)表明二氧化鈦納米管中摻入了鐵離子。4、 紫外可見(jiàn)光譜 紫外一可見(jiàn)吸收(UV-VIS)光譜已成為二氧化

18、鈦表征的一種常用方法，且是探測(cè)半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)的最直接簡(jiǎn)便的方法，根據(jù)紫外一可見(jiàn)光吸收邊可以推算半導(dǎo)體材料的帶隙。邵穎等對(duì)二氧化鈦納米管在紫外可見(jiàn)區(qū)的漫反射譜圖發(fā)現(xiàn)納米管的吸收帶邊與二氧化鈦膜相比具有明顯的藍(lán)移，說(shuō)明納米管的禁帶更寬，其空穴電子對(duì)具有更前的氧化還原能力，表現(xiàn)出更高的光催化能力。而梁建馴等則發(fā)現(xiàn)二氧化鈦納米管的光學(xué)吸收帶邊與原料二氧化鈦粉體沒(méi)有明顯的改變，但有藍(lán)移現(xiàn)象。銳鈦礦和金紅石型二氧化鈦納米管壁原料二氧化鈦的吸收作用有所增強(qiáng)。宋旭春等通過(guò)光催化降解亞甲基蘭，發(fā)現(xiàn)Co、Fe、Cr置換后的鈦酸納米管的光催化活性有所提高，n、Ni、Cu置換后的鈦酸納米管的光催化活性有所降低。3、

19、二氧化鈦納米管的應(yīng)用研究1、 作為太陽(yáng)能電池原料Gratzel31在1991年提出用TiO2納米晶多孔電極的染料敏化太陽(yáng)能電池,并成功制備出光電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)7%的太陽(yáng)能電池。Adachi32也成功利用管長(zhǎng)為300nm、管徑為10nm的TiO2納米管制備出染料敏化太陽(yáng)能電池,其光電轉(zhuǎn)換效率為4. 88%。Gopal等33用TiO2納米管制備出的染料敏化太陽(yáng)能電池,在光照條件下產(chǎn)生的光電密度為7.87mA/cm2,其光電轉(zhuǎn)化效率為2.9%。2、 作為催化劑載體TiO2納米管以其特有的比表面性質(zhì)引起了科學(xué)家的極大興趣。由于TiO2納米管有較高的比表面積和較強(qiáng)的吸附能力, 可作為優(yōu)良的催化劑載體。Hi

20、ppe33等在1999年用溶膠凝膠模板法制備了負(fù)載Pt的TiO2納米管, 將Pt(NH3)4HCO3作為模板制得了TiO2納米管, 然后在高溫下煅燒還原成金屬Pt,從而制得均勻負(fù)載Pt的TiO2納米管。V.Idakiev等34利用TiO2納米管作為載體負(fù)載納米金, 并對(duì)比了表面活性模板和氧化鋁模板作為載體的催化性能,經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明,其催化活性得到大幅的改善和提高。3、 作為光催化劑隨著TiO2納米管研究的深入,加之其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特性,使得TiO2納米管在環(huán)境治理方面有著廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。Xie35利用陽(yáng)極氧化法制得的TiO2納米管來(lái)降解雙酚A(BPA)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在紫外光照射3h,沒(méi)有催

21、化劑的情形下,BPA自我降解率為2.9%,而TiO2納米管存在條件下的,BPA降解率達(dá)80.1%,比一般TiO2納米物質(zhì)的降解率高出51.1%。Mei Wang等36利用摻雜Pd的TiO2納米管氧化甲醇燃料電池中的甲醇,取得了令人滿意的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),摻雜3wt%Pd的TiO2納米管的催化活性強(qiáng)于摻雜Pd的TiO2納米微粒和純Pd。4、 作為氣敏傳感器材料TiO2納米管可以應(yīng)用于傳感器材料檢測(cè)O2和可燃性氣體H2和CO等。特別是用作汽車尾氣傳感器,通過(guò)檢測(cè)汽車尾氣中的O2含量來(lái)控制和減少尾氣中CO2和NO2的排放量。Varghese等37用TiO2納米管來(lái)檢測(cè)H2含量,發(fā)現(xiàn)TiO2納米管對(duì)H

22、2敏感度很高,其光敏性比其他結(jié)構(gòu)類型TiO2材料高100倍,檢測(cè)范圍0.01%4%。Grimes等38設(shè)計(jì)和建立了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于在線檢測(cè)H2濃度,這種TiO2納米管H2傳感器具有極高的靈敏度,H2濃度最小可以檢測(cè)到510-8。Mor等39利用陽(yáng)極氧化法制得了摻雜有Pd的TiO2納米管,并將該納米管用于H2傳感器。5、 用作光裂解水的材料由于TiO2納米管獨(dú)特的光催化活性,加之其較大的比表面積,不少研究者開(kāi)始利用TiO2納米管光裂解H2O來(lái)制取H2。Mor等40成功地將TiO2納米管用于光裂解技術(shù)中,在波長(zhǎng)為320400nm,能量強(qiáng)度為100mW/cm2的光照射下,其H2產(chǎn)生速率達(dá)到了960

23、mol/hW(24mL/hW),轉(zhuǎn)換效率達(dá)6.8%。在所有報(bào)導(dǎo)的光電化學(xué)電池中,其H2產(chǎn)生率最高。Park等41還研究了摻雜了C原子的TiO2納米管裂解水的性質(zhì),通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,摻雜后的TiO2納米管在可見(jiàn)光下,光裂解水的效率大幅度提高,是TiO2納米粒子(P-25)的20倍。目前,TiO2納米管光裂解水仍處于探索和實(shí)驗(yàn)階段。4、 新型二氧化鈦納米管材料的研究方向1、非金屬摻雜Tokudome等42以自制的二氧化鈦納米管為原料,用0.5mol/L的HNO3作為表面質(zhì)子化試劑,然后與氨水溶液反應(yīng),在673K煅燒得到了淡黃色的粉末N-TiO2納米管,實(shí)驗(yàn)表明該納米管可以吸收400nm以上的可見(jiàn)光,并

24、且對(duì)異丙醇具有可見(jiàn)光催化活性,其催化活性在空氣中和水中在紫外光輻照后沒(méi)有減弱,與未摻雜的氧化鈦納米管相比較,其光催化活性得到了提高。Schmuki等43和Bard等44分別制得了氮摻雜的和碳摻雜的二氧化鈦納米管。2、 金屬摻雜目前對(duì)氧化鈦納米管的金屬摻雜報(bào)道主要集中在金、銀和鉑等貴金屬。由于金對(duì)負(fù)載介質(zhì)的粒子大小和結(jié)構(gòu)很靈敏,用金比較適合對(duì)其負(fù)載型氧化鈦納米管的催化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)。Tomoki等45研究了氧化鈦納米管摻雜金后性質(zhì)的變化,其高分辨電鏡和電子衍射結(jié)果表明,二氧化鈦納米管的晶體構(gòu)型不同于銳鈦礦相,也不同于金紅石相。Au/TiO2納米管和參照標(biāo)準(zhǔn)的Au/TiO2催化劑相比,具有較低的CO

25、氧化活性和中等強(qiáng)度H2的氧化活性。宋旭春等46采用溫和的水熱方法合成了摻鐵的納米管,并發(fā)現(xiàn)以金紅石摻鐵的TiO2納米粉體為前驅(qū)體得到長(zhǎng)約200nm、管徑10nm左右的摻鐵納米管,但對(duì)其應(yīng)用性質(zhì)沒(méi)有進(jìn)一步研究。5、 展望 目前對(duì)氧化鈦納米管的生成機(jī)理和組成還存在著分歧,有必要采用新的表征手段深入研究氧化鈦納米管的生成機(jī)理,以便定向合成出功能更強(qiáng)大的納米元器件,到目前為止尚未見(jiàn)到有單層氧化鈦納米管的報(bào)道。 當(dāng)前的氧化鈦納米管的摻雜僅限于少數(shù)貴金屬和極少量的非金屬。拓展氧化鈦納米管的摻雜空間,以便對(duì)其光電磁的性質(zhì)進(jìn)行深入廣泛的研究,同時(shí)可以加深對(duì)氧化鈦納米管形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)。 就合成方法而言,模板法、

26、陽(yáng)極氧化法、濃堿水熱合成法各有優(yōu)點(diǎn)和不足,探索更好的合成方法,以便達(dá)到對(duì)氧化鈦納米管的形態(tài)和納米尺寸的調(diào)控。開(kāi)展應(yīng)用領(lǐng)域的研究,據(jù)報(bào)道氧化鈦納米管比其它任何形式的鈦的光催化性能都高大約100倍,如果通過(guò)摻雜或其它合成方法,既能利用太陽(yáng)能高效率地分解水變成氫氣和氧氣,同時(shí)又能存儲(chǔ)氫氣,那么太陽(yáng)能電池和氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代就不是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想47。參考文獻(xiàn)1. 張?jiān)茟?，胡夫，肖鵬；TiO2納米管的制備及應(yīng)用研究期刊論文-材料導(dǎo)報(bào) 20072. Lakshmi B B;Patrissi C J;Martin C R Sol-Gel Template Synthesis of Semiconductor Nan

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