本实验采用水热法制备TiO2纳米棒。实验过程中，研究水热法制备TiO2纳米棒的不同实验参数对所制备纳米结构形貌的影响；研究TiO2与WO3复合的制备工艺；测试并比较所制备的TiO2纳米棒以及TiO2/WO3复合材料的光催化性能。实验表明本文采用的水热法均可制备均匀的TiO2纳米棒，且晶型可控制。以钛酸四丁酯为钛源制备TiO2纳米棒时，钛酸四丁酯浓度和水热时间对制备的TiO2纳米棒有一定影响, 其中以0.67mL钛酸四丁酯、24h水热时间为最佳。以草酸氧化钛酸钾为钛源制备TiO2纳米棒时，加入TiO2粉末量越大，所制备的纳米棒越粗大，其中不加TiO2粉末而将TiO2纳米棒制备在导电玻璃上时形貌最佳。另外，通过光降解罗丹明B溶液，我们发现TiO2/WO3复合材料的光催化性能优于未复合的TiO2纳米棒。关键词 二氧化钛，纳米棒，水热法，WO3/TiO2复合材料，光催化
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 二氧化钛光催化概况 2
1.3 二氧化钛纳米结构的主要制备方法 3
1.4 TiO2光催化的发展与应用 5
1.5 本论文的目的和主要研究内容 6
2 实验部分 7
2.1 主要试剂与仪器 7
2.2 实验方法 8
3 实验结果与分析 14
3.1 场发射扫描电镜(FESEM)分析 14
3.2 TiO2/WO3复合材料EDX成分分析 18
3.3 光催化实验分析 19
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1 绪论
1.1 研究背景
随着经济的发展和工业化的提高，工业污水、生活污水的排放不仅在数量上越来越大，而且污染物的种类也越来越多。环境受到了很大的影响，社会发展也受到了制约。近几年来，污水处理和空气净化引起了人们的广泛关注。目前，常见的污水处理方法一般可分为化学法、物理法、生物法，而这些方法都存在成本高且二次污染的问题。为了环境的可持续发展，开发出一种经济、无污染的处理污水技术是十分紧迫的任务。
光催化是指具有特 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: #351916072# 
定波长的光照在半导体材料上，将太阳能转化为化学能，从而达到合成化合物或分解有机物、无机物的效果。它有着温和的反应条件、较快的处理速率，不产生二次污染并且分解污染物比较彻底，在处理难降解、有毒的有机物方面具有巨大作用。因此光催化技术与传统的水处理技术相比具有独特的优势。半导体光催化技术所利用的太阳光不受地域限制，催化剂通过吸收太阳光中的光波将太阳能转化为化学能，降低了处理成本，在许多的绿化项目和可再生能源项目中成为了新的研究热点。光催化技术应用前景十分广泛，目前，主要的应用领域有：a）水处理；b）空气净化；c）杀菌消毒；d）光解水制H2；e）光电化学转化等。光降解污染物作为新的研究领域在近几十年发展起来，但实际的工业应用却非常少，目前仍旧只是停留在实验室水平上。因此，我们急需对光催化在实际工业中的应用进行深入的研究。
光催化以N型半导体材料作为催化剂，研究较多的材料如TiO2、CdS、ZnO等，而TiO2由于化学稳定、耐光腐蚀、氧化能力强、光催化活性高、光催化反应的驱动力大，且成本低、无毒、无二次污染，高效又环保[1,2]，因此在众多催化剂中TiO2是应用最为活泼的，已成为工业、学术研究热点。光催化氧化始于上世纪60年代[3,4]，是一种高级氧化过程，但直到1972年，日本科学家Fujishima和Honda[5]在nature上发表了一篇关于以TiO2薄膜为电极利用光能分解水制备氢气的论文，才引起了学术界的广泛关注，这大大推动了TiO2在光催化领域的发展，为多相光催化的研究开创了先河。1976年，Garey[6]等报道了在紫外线照射下TiO2可降解水中的难降解污染物，从此以后，半导体TiO2在污水处理、空气净化等领域发展起来。如今，TiO2被积极应用于空气净化、制氢、污水处理、医疗技术、金属的防护与腐蚀、环保材料等方面。
1.2 二氧化钛光催化概况
1.2.1 二氧化钛光催化基本原理
1995年，Hoffmann[7]等人提出了光催化的一般机理，奠定了光催化反应的理论基础。
TiO2是常见光催化剂，光催化过程包括两个同时发生的反应：1）氧化产生空穴；2）还原产生电子[8]。从能带电子理论可知，半导体的能带结构是由价带和导带构成的，他们之间的能量称为禁带宽度。当用能量大于或等于TiO2禁带宽度的光照在TiO2表面时，价带上的电子被激发跃迁到导带形成高活性电子（e），价带上则留下相应的空穴（h+），从而形成了空穴电子对（如公式11）。半导体光催化氧化反应的能力主要取决于TiO2的能带位置以及被吸附物质的还原电势。价带空穴作为氧化剂，导带电子作为还原剂[9]。由于光生空穴（h+）的多电子能力强，能与吸附在TiO2粒子表面的H2O分子和OH发生作用产生OH自由基（如公式12、13）。光生电子（e）与O2分子结合，形成O2自由基（如公式14）。具有高氧化活性的OH自由基和超氧离子O2自由基能将大多数难降解的污染物矿化（如公式15、16、17、18），还可以杀菌、除臭以及自清洁[10]。


图1.1 光催化机理图[11]
(a)光吸附以及电子空穴对的产生；(b1)电子空穴对转移至表面反应位点；
(b2)电子空穴对转移至复合位点；(c1)(c2)活性位点的表面化学反应
光催化的反应式如下：
TiO2 +h
→e+h+ (11)
h++H2O→OH+H+ (12)
h++ OH→OH (13)
e+O2→O2 (14)
O2+H+→HO2 (15)
2HO2→O2+ H2O2 (16)
H2O2+O2→OH+OH+O2 (17)
R+OH+O2→CO2+ H2O+其他产物 (18)
1.2.2 二氧化钛光催化存在的问题

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