基于嵌段共聚物胶束构筑银-二氧化钛纳米粒子及其表征

摘要

二氧化钛（TiO2）纳米材料具有无毒、价格低廉、易合成等特点而被广泛应用于太阳能电池、催化剂载体等方面，特别是在光催化方面得到重要应用。国内外研究人员进行了大量的掺杂实验，其中贵金属纳米粒子掺杂可以增大纳米粒子的表面积，能够有效的改善 TiO2纳米材料的催化性能。本文研究了利用嵌段共聚物自组装技术，合成具有核壳结构的银纳米粒子（Ag NPs）和具有中空结构的银金纳米粒子（AgAu NPs）的制备方法。结合溶胶凝胶法，制备了具有高催化性能的银-二氧化钛（Ag-TiO2）纳米粒子及银金-二氧化钛（AgAu-TiO2）纳米粒子。
　　首先，分别利用嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶（PS-b-P2VP）与硝酸银(AgNO3)在四氢呋喃中发生自组装。及聚乙烯基吡啶-b-聚氧化乙烯（P2VP-b-PEO）与硝酸银(AgNO3)在四氢呋喃/N,N-二甲基甲酰胺溶剂中发生自组装。实验选择利用紫外灯照射还原的方法制备出 Ag NPs，在紫外光照射条件下银离子发生还原反应生成 Ag NPs，且形态为核壳结构。反应过程无需高温。实验结果表明，嵌段共聚物和AgNO3的质量比，是 Ag NPs的尺寸发生改变的主要影响因素。
　　其次，利用嵌段共聚物自组装，结合溶胶凝胶法制备 Ag-TiO2纳米粒子，通过控制溶胶凝胶的滴加量，调控 Ag-TiO2纳米粒子的尺寸及外壳厚度。对制备的Ag-TiO2复合纳米粒子进行了催化性能的研究实验。通过在紫外灯照射下利用制备的样品降解亚甲基蓝溶液实验，研究了 Ag-TiO2纳米粒子的光催化效率。实验结果表明，每组实验中当加入溶胶凝胶含量为5％SG时，Ag-TiO2纳米粒子的光催化效果最好。
　　在完成 Ag-TiO2纳米粒子制备方法研究的基础上，研究了双金属纳米粒子的制备方法。以制备的具有核壳结构的银纳米粒子作为牺牲模板，因为 Ag+/Ag的标准还原电势（0.80Vvs）低于 AuCl4-/Au的标准还原电势（0.99Vvs标准氢电极），可以利用金银间简单的电子置换反应进行实验。实验过程中当 HAuCl4溶液与制备好的Ag NPs的溶液混合时，AuCl4-发生氧化反应，部分 Ag原子会发生还原反应生成银离子。最终成功制备出 AgAu双金属复合复合纳米粒子。通过改变金和银（Au:Ag）的比例，可以改变合金粒子的组分及结构，当 Au:Ag为0.2时，制备出具有中空结构的AgAu双金属纳米粒子。结合溶胶凝胶法，成功制备出 AgAu-TiO2复合纳米粒子。Ag-TiO2及 AgAu-TiO2纳米粒子的外貌形态可以通过透射电镜及高分辨透射电镜观察。以制备的样品为催化剂，进行光降解浓度为5mg/L的亚甲基蓝溶液，讨论了不同组分的TiO2复合纳米粒子的光催化效率。实验结果表明 AgAu-TiO2复合纳米粒子比纯 TiO2复合纳米粒子光催化性能提高了42%。

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第一章 前言

1.1 纳米材料

1.2 嵌段共聚物胶束

1.3 二氧化钛纳米材料

1.4 Ag-TiO2复合纳米粒子的制备

1.5 本课题的研究目的、研究内容和创新点

第二章 基于嵌段共聚物胶束制备Ag-TiO2纳米粒子

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 Ag-TiO2纳米粒子光催化性能的研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 AgAu-TiO2复合纳米粒子的制备及光催化性能研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 结论

第五章 结论

应用前景

可以进一步研究的问题

参考文献

在读期间公开发表的论文

致谢