论文总字数：15390字

摘 要

TiO₂气凝胶是纳米相。TiO₂的网状孔隙中充满了气态的分散介质，因为这个独特的结构和性质，TiO₂气凝胶用作催化剂而受到广泛关注和研究。TiO₂气凝胶被广泛应用于各个领域：催化，吸附和分离等，在应用于传感器，催化剂，催化剂载体等领域效果突出。

本文以钛酸丁脂为Ti原料，以乙醇为干燥介质，采用溶胶-凝胶法制备TiO₂醇凝胶，随后在常温常压下不断滴加乙醇作为老化液，利用乙醇的低表面张力以及易挥发性质除去溶剂，干燥制备TiO₂气凝胶。

在不同温度下对TiO₂凝胶进行煅烧，获得不同的锐钛矿和金红石比例的粉末状气凝胶，对产品的性能进行了研究，红外光谱分析（FT-IR）以及XRD。不同温度煅烧出的样品晶型不同，催化甲基蓝的效果不同。寻找到催化效率最高的煅烧的样品，随后在不同pH下对TiO₂的催化性能进行测定研究。

通过测得的数据，考察不同温度下TiO₂的XRD图像，研究催化效果最好的样品的晶型结构。根据不同pH下测得的催化效果数据，讨论TiO₂催化效果最好的pH环境,探讨气凝胶催化效率低下原因和解决方案。

关键字：二氧化钛 气凝胶 光催化 晶型 pH

ABSTRACT

TiO₂ aerogels are nanophase. The mesoporous pores of TiO₂ are filled with gaseous dispersion media because of this unique structure and properties, TiO₂ aerogels are used as catalysts and are widely concerned and studied. TiO₂ aerogels are widely used in various fields: catalysis, adsorption and separation, etc., in the application of sensors, catalysts, catalyst carriers and other areas of outstanding results.
In this paper, TiO₂ alcohol was prepared by sol-gel method with ethanol as the Ti raw material and ethanol as the drying medium. Then, ethanol was used as the aging solution under normal temperature and pressure, and the low surface tension of ethanol was used. Volatile properties of the solvent were removed and dried to prepare TiO₂ aerogels.
The powders were calcined at different temperatures to obtain powdery aerogels with different anatase and rutile ratios. The properties of the products were studied by infrared spectroscopy (FT-IR) and XRD. Different temperatures of calcined samples of different crystal form, the effect of different catalytic methyl blue. The calcined samples with the highest catalytic efficiency were found, and then the catalytic performance of TiO₂ was measured at different pH.
The XRD images of TiO₂ at different temperatures were investigated by the measured data, and the crystal structure of the samples with the best catalytic effect was studied. According to the catalytic effect data measured at different pH, the best pH environment of TiO₂ was discussed, and the reason and solution of low catalytic efficiency of aerogel were discussed.

KEY WORDS: titanium dioxide; aerogel; photo catalysis; crystal form; pH

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 气凝胶的研究历史及现状 1

1.2 二氧化钛气凝胶的研究现状 2

1.2.1 TiO₂的结构和性质 2

1.2.2 二氧化钛的光催化原理 3

1.3 二氧化钛的制备方法 4

1.3.1 超临界干燥 4

1.3.2 常温干燥 5

1.3.3 冷冻干燥 5

1.4 TiO₂气凝胶的表征 5

1.4.1 FT-IR光谱分析 5

1.4.2 XRD分析 6

1.4.3 催化性能表征 6

第二章 实验 7

2.1 实验试剂与仪器 7

2.1.1 实验主要仪器 7

2.1.2 实验主要药品 7

2.2 制备TiO₂气凝胶 8

2.2.1 醇凝胶的制备 8

2.2.2 醇凝胶的陈化干燥 9

2.2.3 气凝胶的热处理 9

2.3 不同TiO₂光催化甲基蓝 10

2.3.1 甲基蓝溶液的配置 10

2.3.2 不同温度煅烧TiO₂的催化实验 10

2.3.3 离心 10

2.3.4 U/V紫外可见光分析 10

2.4 TiO₂气凝胶在不同pH下的催化 11

2.4.1 pH不同的溶液的配置 11

2.4.2 光催化以及U/V分析 12

第三章 结果分析 13

3.1 实验结果 13

3.1.1 光催化中性甲基蓝结果 13

3.1.2 FT-IR结果 14

3.1.3 XRD结果 14

3.1.4 TiO₂对不同pH甲基蓝催化结果 15

3.2 分析讨论 16

3.2.1 催化效果最好的TiO₂ 16

3.2.2 不同pH甲基蓝溶液的催化分析 17

3.3 药品作用及含量影响分析 17

3.3.1 乙醇的含量作用分析 17

3.3.2 水的含量作用分析 17

3.3.3 冰醋酸的含量作用分析 18

3.4 气凝胶催化缺陷与改进分析 18

3.4.1 TiO₂的缺陷 18

3.4.2 弥补缺陷 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 绪论

气凝胶虽然是一种固体材料，然而，结构空隙多，质量很轻，所以性能十分优异，纳米粒子相互之间集聚联结形成连续的三维网状结构，气态的分散介质充分地填满了网状孔隙，导致其密度非常低，固体之中最低。特殊的结构让气凝胶各方面性能优异，并且在多个领域表现突出：透明隔热材料，塑料薄膜，涂料，气体净化，催化剂以及催化剂载体等，具有非常好的发展前途^[1]。

由于凝胶介于液态和固态之间，有下列四种^[2]不同结构类型：

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