层状液晶体系中TiO2纳米材料的制备及催化性能研究

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层状液晶具有独特的空间结构及微观结构的可调性,使其在模板合成具有特定形貌纳米材料领域中逐渐受到重视。本文选用层状液晶为模板,利用其软物质特性及长程有序性来调控产物的形貌及尺寸。利用偏光显微镜(POM)、小角X射线散射仪(SAXS)确定液晶的相结构;利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等测试手段对产物进行结构表征。研究内容主要包括以下几个方面:第一部分:以一定浓度的TiOSO4溶液代替TX-100/H2O二元体系中的组分水形成层状液晶为模板,CTAB为包覆剂,分别采用直接沉淀法和水热法,通过在水相中TiOSO4的水解来合成锐钛矿TiO2纳米材料。论文系统研究反应物浓度、CTAB/TX-100质量比等对产物形貌的影响。结果表明,直接沉淀法制备TiO2纳米材料过程中,层状液晶对最终产物的形貌起了较好的模板作用。水热过程中层状液晶溶剂层的限定和包覆剂CTAB的添加对介孔微球的形成起到很重要的引导作用。通过产物对Rh-B的降解来评价其光催化性能,最后提出了可能的形成机理。第二部分:以CTAB/n-C5H11OH/TiOSO4(aq)和CTAB/n-C5H11OH/NH3·H2O(aq)两层状液晶体系混合,采用均匀沉淀法制备锐钛矿TiO2纳米材料。论文系统研究反应物浓度对产物颗粒尺寸及形貌的影响。结果表明,通过调控反应物浓度可以合成具有特定形貌的TiO2纳米材料。最后对不同形貌产物的合成提出可能的形成机理。第三部分:以微乳液中形成的刚性层状液晶:TX-100/正己醇/环己烷/水四元体系为模板,采用均匀沉淀法合成TiO2纳米材料。论文系统研究反应物浓度、O/W体积比对产物形貌及尺寸的影响,并对不同形貌产物的形成机理进行了探讨。结果表明TiO2纳米材料复制了液晶模板的层状结构。本工作通过选用不同组成的层状液晶为模板,制备具有可控形貌的TiO2纳米材料。通过改变液晶组成、反应条件等对产物的形貌进行控制,获得具有可预先设计形貌的TiO2产物,增加了这种方法在各领域中的实际可行性。
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