文档介绍：山东轻工业学院
硕士学位论文
NiO/TiO2纳米带异质结构的制备及其光催化性能的研究
姓名:林健健
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:沈建兴
2011-06-01
山东轻工业学院硕士学位论文
摘要
近年来,无机纳米晶体由于具有良好的结构、独特的光学、电学、磁学、化
学等方面的性能和潜在的巨大应用价值而成为纳米材料领域的研究热点之一。自
1991 年日本学者饭岛澄男发现碳纳米管以来,一维纳米材料(纳米管、纳米棒、
纳米线、纳米带、同轴纳米电缆和纳米线的异质结构)由于其独特的物理、化学
和机械等性能引起了人们的广泛关注。一维纳米结构,由于具有高的比表面积和
特殊的氧化物半导体特性,使得钛酸盐纳米结构和 TiO2 纳米材料具有潜在的应
用价值,例如广泛应用于光催化剂、锂离子电池、传感器、氢的生产与储存、太
阳能电池及生物化学等领域。TiO2 由于本身具有价廉、无毒、稳定性好等优异性
能以及高效的光催化性能而被广泛应用作光催化剂。许多研究报道了二维纳米结
构、零维(量子点)及一维纳米结构等异质结构的制备及应用,这些材料显示出
不同寻常的光学和结构特性。
TiO2纳米带具有大的表面积,并且长径比很高,是一种极具前途的光催化材
料。然而由于光活性点有限,并且光生电子-空穴对极易结合在一起,从而导致
其光催化效率很低。本研究是在采用水热法制备了钛酸(H2Ti3O7)纳米带、腐
蚀的H2Ti3O7纳米带、二氧化钛(TiO2)纳米带以及腐蚀的TiO2纳米带的基础上,
分别利用化学共沉淀法、化学溶液沉积解析法将p-型NiO纳米颗粒负载在n-型
TiO2纳米带上形成NiO/TiO2纳米带异质结构。这种异质结构纳米材料将广泛应用
于光催化剂、气体传感器、太阳能电池和其它电子设备等领域。
本研究的主要内容和结论如下:
(1)以商品级 TiO2(P-25)为原料,10 MNaOH 溶液作为反应的溶剂,采用水
热法合成钛酸(H2Ti3O7)纳米带和二氧化钛(TiO2)纳米带。
(2)经过 M 硫酸溶液腐蚀并且 100 ℃热处理 12 h 后得到腐蚀的 H2Ti3O7 纳
米带,然后于 600 ℃煅烧 2 h 得到腐蚀的 TiO2 纳米带。
(3)通过在室温下降解甲基橙溶液对 TiO2 纳米带和腐蚀的 TiO2 纳米带的光催
化性能进行了表征。实验证明,经过 12 h 腐蚀的 TiO2 纳米带的光催化性能优于
未腐蚀的纯 TiO2 纳米带。
(4)在采用水热法制备了二氧化钛(TiO2)纳米带的基础上,通过在 TiO2 纳米
带表面生长第二相(NiO),形成 NiO/TiO2 纳米带异质结构。利用化学共沉淀法
将 p-型 NiO 纳米颗粒负载在 n-型 TiO2 纳米带上,合成出了纳米 p-n 异质结构 NiO
纳米颗粒/TiO2 纳米带(记为 NiO NP/TiO2 NB)。另外,将化学共沉淀法和酸腐
蚀法相结合,制备了纳米 p-n 异质结构 NiO 纳米颗粒/腐蚀 TiO2 纳米带(记为 NiO
I
摘要
NP/TiO2 SC NB)。
(5)在采用水热法制备了钛酸(H2Ti3O7)纳米带和腐蚀的 H2Ti3O7 纳米带的基
础上,用化学溶液沉积解析法将 p-型 NiO 纳米颗粒负载在 n-型 TiO2 纳米带上,
合成出了纳米 p-n 异质结构 NiO 纳米颗粒/TiO2 纳米带(记为 NiO NP/TiO2 NBs)
和纳米 p-n 异质结构 NiO 纳米颗粒/腐蚀的 TiO2 纳米带(记为 NiO NP/TiO2 SC
NBs)。
(6)对 NiO/TiO2 纳米带异质结构在紫外、可见光下具有优异的光催化性能的原
因进行了机理分析。腐蚀后的 TiO2 纳米带具有大量的光催化活性表面以及纳米
p-n 结的作用,使得 NiO/TiO2 纳米带异质结构光催化活性得到很大程度的提高。
经过酸腐蚀的 NiO NP/TiO2 SC NBs 增大了表面缺陷,提高了比表面积和活性表
面积,这些导致了紫外光下高活性位点的形成,进而提高了 TiO2 纳米带的光催
化活性。

关键词:异质结构;二氧化钛纳米带;氧化镍;化学共沉淀法;化学溶液沉积解
析法;光催化
II
山东轻工业学院硕士学位论文
ABSTRACT
anic nanocrystals with designed structure have attracted much recent
research activi