摘要: 作为重要的无机半导体材料,多孔TiO2和ZrO2在光电和化学等方面性能优异,具有活性高、稳定性好、对人体无毒和成本低等优点,是材料科学领域的研究热点。前期研究表明,具有多孔网络结构的凝胶介质,不仅可以作为限制扩散的反应介质调控晶体生长,凝胶纤维... 展开 作为重要的无机半导体材料,多孔TiO2和ZrO2在光电和化学等方面性能优异,具有活性高、稳定性好、对人体无毒和成本低等优点,是材料科学领域的研究热点。前期研究表明,具有多孔网络结构的凝胶介质,不仅可以作为限制扩散的反应介质调控晶体生长,凝胶纤维也会被包裹到晶体中去,从而合成出多孔材料。有鉴于此,本文研究了琼脂糖凝胶介质中多孔TiO2和ZrO2的仿生制备过程,利用SEM、TEM、XRD、TGA、BET和FTIR等手段对矿化样品的形貌、结构和组成进行了分析表征,考察了不同条件对多孔TiO2和ZrO2性质的影响,并对合成的多孔TiO2的光催化性能进行了评价,对多孔ZrO2吸附氟离子的效果进行了研究。 (1)利用廉价易得的(NH4)2TiF6和NaOH为原料,在琼脂糖凝胶中成功制备出多孔TiO2。得到的多孔TiO2为边长500-700nm的空心立方体结构,是由直径13.2nm左右的锐钛矿相TiO2晶粒组成,并存在3.8nm左右的介孔结构;制备的多孔TiO2热稳定性较高,在300-600℃煅烧温度范围内,样品依然保持多孔和空心结构;通过改变反应时间、反应物比例和凝胶浓度,可调控反应速率及成核速度,进而调控TiO2粒子的尺寸和形貌;推测在形成准立方状多孔TiO2的过程中,首先形成了准立方状NH4TiOF3晶体,在琼脂糖凝胶作用下会向锐钛矿转变,加热过程中保留了原有结构,而除去凝胶纤维后便形成了多孔结构。多孔TiO2在光催化降解亚甲基蓝和石油炼制废水的过程中,其光催化活性均好于P25的催化活性。 (2)将ZrOCl2与氨水制备氧化锆的反应体系引入到琼脂糖凝胶介质中,成功制备出了多孔ZrO2。制备的ZrO2为四方相,是由11.8nm左右的晶粒组成,还存在3.5nm和5.9nm左右的孔结构,琼脂糖凝胶纤维起到了模板作用;通过改变反应条件可以调节多孔ZrO2的孔结构、比表面积等,增大琼脂糖凝胶浓度或降低ZrOCl2的浓度可以增加孔径大小及比表面积;在吸附氟离子时,凝胶中制备的多孔ZrO2的吸附量较大,除氟效果较好;通过研究不同条件下的吸附效果,发现多孔ZrO2在酸性环境下对氟离子吸附效果较好,当溶液中存在弱酸根或电荷数较高的阴离子时,会降低多孔ZrO2的吸附能力。 收起