Синтез и каталитические свойства наноструктурированных покрытий диоксида титана

• Автор: Морозов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

1. Литературный обзор данных

1.1. Свойства диоксида титана

1.1.1. Кристаллическая структура

1.1.2. Оптические свойства

1.1.3. Электрофизические свойства

1.1.4. Фотокаталитические свойства

1.2. Способы получения наноструктурированного ТЮ

1.2.1. Гидролиз титансодержащих солей

1.2.2. Гидротермальный метод
1.2.3. Сольвотермический синтез
1.2.4. Золь-гель метод
1.2.5. Сонохимический метод
1.2.6. Микроволновой синтез
1.2.7. Метод химического окисления титана
1.2.8. Метод электрохимического окисления титана
1.2.8.1. Модель роста нанотрубок ТЮ
1.2.8.2. Факторы, определяющие геометрические характеристики наноторубок ТЮ2.2О
1.2.8.3. Состав электролитов для получения нанотрубчатых покрытий ТЮ
1.3.Модифицирование диоксида титана
1.3.1. Допирование катионами
1.3.2. Допирование анионами
1.3.3 Нанесение наночастиц металлов
1.3.4. Нанесение наночастиц полупроводников
1.4. Области применения фотокатализа
1.4.1. Очистка воды и воздуха от органических загрязнителей
1.4.2. Фотолиз воды
1.4.3. Очистка воды от неорганических соединений
1.4.4. Медицинское назначение
1.4.5. Восстановление С
1.5. Цель и постановка задачи

2. Синтез образцов и методы исследования их свойств
2.1. Методики синтеза образцов
2.1.1. Методика синтеза нанотрубчатых покрытий ТЮг
2.1.2. Методика синтеза нанотрубчатых покрытий ТЮг, допированных атомами азота и фтора
2.1.3. Методика синтеза композитного фотокатализатора на основе нанотрубчатых покрытий ТЮг и наночастиц металлов (Яи и РГ)
2.2. Методы исследования
2.2.1. Методы электронной микроскопии
2.2.1.1. Растровая электронная микроскопия
2.2.1.2. Просвечивающая электронная микроскопия
2.2.1.3. Дифракция электронов
2.2.1.4. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов
2.2.2. Методы рентгеноспектрального анализа
2.2.2.1. Рентгеновская дифракция
2.2.2.2. Рентгенофлуоресцентный анализ
2.2.2.3. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.2.3. Спектрометрические методы
2.2.3.1. Спектроскопия диффузного отражения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра
2.2.3.2. Инфракрасная спектроскопия
2.2.4. Термические методы
2.2.5. Адсорбционные методы
2.2.6. Газовая пикнометрия
2.2.7. Хроматографические методы анализа
2.2.7.1. Газовая хроматография
22.1.2. Хромато-масс-спектрометрия
2.2.7.3. СНЫв анализ
2.2.8. Методы испытания адгезионных свойств покрытий
2.2.9. Определение фотокаталитической активности
2.2.10. Измерение коэффициента преобразования световой энергии
2.2.11. Определение фотокаталитической активности в реакции восстановления С0
3. Результаты экспериментов и их обсуждение
3.1. Нанотрубчатые покрытия диоксида титана
3.1.1. Механические свойства
3.1.1.1. Факторы, определяющие механическую прочность
3.1.2. Процесс формирования нанотрубок ТЮг
3.1.3. Факторы, определяющие морфологию нанотрубок ТЮг

3.1.3.1. Напряжение
3.1.3.2. Состав электролита
3.1.3.3. Продолжительность анодирования
3.1.3.4. Температура
3.2. Нанотрубчатые покрытия ТЮ2, допированные атомами азота и фтора
3.2.1. Микроструктура
3.2.2. Выбор режима термообработки
3.2.2.1. Термический анализ
3.2.2.2. Фазовый состав
3.2.2.3. Элементный состав
3.2.3. Атомное и электронное состояние азота и фтора
3.2.4. Оптические свойства
3.2.5. Текстурные характеристики
3.2.6. Испытания адгезии покрытий
3.2.7. Фотокаталитическая активность
3.2.7.1. Факторы, определяющие фото каталитическую активность
3.2.7.2. Фотокаталитическое окисление метиленового голубого в водном растворе .
3.2.7.3. Сравнение фотокаталитической активности
3.2.8. Эффективность преобразования световой энергии
3.3. Композитные фотокатализаторы на основе нанотрубок ТЮ2 и наночастиц Р1 и 1*и для процесса восстановления С
3.3.1. Нанесение Рг методом магнетронного напыления
3.3.1.1. Изучение активности в реакции фотокаталитического восстановления С02.
3.3.2. Нанесение Р1 и Ли методом пропитки
3.3.2.1. Изучение активности в реакции фотокаталитического восстановления СО2.
3.3.3. Состав продуктов фотокаталитического восстановления С
3.3.4. О механизме восстановления С
3.3.5. Влияние реакционных условий на выход метана
3.3.6. Сравнение фотокаталитической активности
4. Выводы
5. Список литературы
фотокатализатор должен обладать шириной запрещенной зоны с энергией более 1,23 эВ. Кроме того, зона проводимости должна быть расположена выше, чем потенциал восстановления воды, а потолок валентной зоны должен быть расположен ниже, чем потенциал окисления воды.
1.4.3. Очистка воды от неорганических соединений
Содержание металлов в воде, таких как ртуть (Н§), хром (Сг), свинец (РЬ), является весьма опасным для здоровья человека. Удаление этих токсичных металлов является принципиально важной задачей при получении качественной воды. С помощью гетерогенного фотокатализа можно удалять тяжелые металлы из сточных вод путем их восстановления на ТЮ2. Авторы работы [121] продемонстрировали возможность фотовосстановления металлов из промышленных сточных вод, таких как золото (Аи), платина (Рф и серебро (А§).
В дополнение к органическим соединениям, в сточных водах содержится широкий диапазон неорганических соединений, которые чувствительны к фотохимическим превращениям на поверхности катализатора. Бромат, хлорат, азид, галогенид-ионы, оксид азота могут быть фоторазложены на поверхности ТЮ2. Соли металлов, такие как А§М03, Н^С1 и металлоорганические соединения (например, СН3Н§С1) могут быть удалены из воды [121].
1.4.4. Медицинское назначение
Японские ученые установили, что добавление ТЮ2 в ткани способствует созданию антибактерицидно го материала. Таким образом, халаты, сшитые из этой ткани можно обрабатывать УФ для дезинфекции после рабочего дня [122].
В работах [123-124] авторам удалось найти применение ФК эффекту наночастиц ТЮ2 в фотодинамической терапии, для разрушения раковых клеток. Исследователям удалось удалить раковые опухоли из толстой кишки