摘 要

纳米二氧化钛对太阳光的照射相当敏感，但是它仅仅对太阳光中占有很少部分的紫外光很敏感，但对可见光来说纳米二氧化钛对它几乎起不到任何作用。为了改变这种情况，采用在纳米二氧化钛上负载上碳量子点来进行改性。

本文通过利用电化学法制备出碳量子点，再用超声波法将碳量子点负载在纳米二氧化钛上实现对纳米二氧化钛的改性，并通过改变纳米二氧化钛微粒的直径、光的波长、碳量子点与纳米二氧化钛之间的比例、醇的种类等来研究出最佳的改性条件，最终探究出最好的改性纳米二氧化钛。

关键词：碳量子点 纳米二氧化钛 制备 性能测试

Abstract

Nano-titanium dioxide is very sensitive to sunlight, but it is only very small part of the sun's ultraviolet light is very sensitive, but for visible light nano-titanium dioxide on it almost no effect. In order to change this situation, the use of nano-titanium dioxide on the load of carbon quantum dots to be modified.

In this paper, the carbon dots were prepared by electrochemical method, and the carbon dots were loaded on nanometer titanium dioxide by ultrasonic method. The nano-titania was modified by changing the diameter of nanometer titanium dioxide particles, the wavelength of light, the carbon dots and The proportion of nano-titanium dioxide, the type of alcohol, etc. to study the best conditions of modification, and ultimately explore the best modified nano-titanium dioxide

Key Words: Carbon quantum dots; Nano-titanium dioxide; preparation; performance tests.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 可行性分析 2

1.3碳量子点的介绍 2

1.4 纳米二氧化钛的光催化原理、缺陷、制备方法及改性 3

1.4.1纳米二氧化钛的光催化原理 3

1.4.2纳米二氧化钛光催化的缺陷 5

1.4.3纳米二氧化钛的制备 5

1.4.4纳米二氧化钛的改性 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验药品 8

2.2 实验仪器 8

2.3 实验工艺 9

2.3.1 碳量子点的制备 9

2.3.2 碳量子点改性纳米TiO₂ 10

2.3.3 改性二氧化钛光产酸液的配制 10

2.4 紫外-可见漫反射 11

2.4.1 紫外—可见漫反射简介 11

2.4.2 实验操作 11

第三章 试验结果与讨论 12

3.1 电化学法制备碳量子点过程中电流的变化 12

3.2 电流对碳量子点产率的影响 13

3.3 搅拌对碳量子点粒径的影响 13

3.4 不同CQD/TiO2比例对改性二氧化钛光吸收率的影响 14

3.5 不同粒径改性纳米二氧化钛光吸收率对比 15

3.6 光的波长对改性纳米二氧化钛性能的影响 16

3.7 纳米二氧化钛的粒径大小对其改性性能的影响 17

3.8 加入的醇对改性纳米二氧化钛性能的影响 18

3.9碳和二氧化钛的比例对改性纳米二氧化钛性能的影响 19

第四章 结论 20

参考文献 21

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 引言

快速成型技术是上世纪80年代发展起来的一种新式的成型技术^[1]，快速成型是基于材料离散、堆积的原理以及分层数据处理的方法^[2]，首先通过相关软件将物理模型转变为数字信息或者使用三维扫描仪将物理模型转化为三维数字立体模型，然后电脑把原来的三维模型分成一系列的层片，接着喷头根据电脑设定好的数据层层制造堆积成形^[3]。到目前为止，世界上已经有了很多种的快速成型方法,比如基于立体光固化（SLA）、冲击微粒制造(BPM)、三维打印（3DP）等。根据相关的资料显示，从2003年起，新一代的快速成型机卖出去的台数就远远大于第一代快速成型机。在目前所存在的快速成型技术中，3D打印因为其很容易动手实施、很快就能形成零件、安全绿色、形成的零件也很精美而且可以对温度的要求也不高^[6,7]。因此，3D打印技术成为了目前快速成型技术方面的热点研究项目^[8]。

其中光固化3D打印是一项最普遍和最常用的3D打印技术。目前光固化3D打印都是利用紫外光在进行光固化，但紫外光固化有很多缺点和局限性。例如紫外光的能量效率低，产生的热能损失大；要求固化的模型形状简单；对环境的要求高；紫外光产生的臭氧会对设备造成腐蚀，缩短仪器设备的使用寿命等等。

图1.1 光固化成型的组成

Figure 1.1 Composition of photocurable molding

相对于紫外光来说,可见光有透过性很好、对人体安全、容易得到等优点,可广泛众多相关领域。

为了进一步改善光固化的效果和降低成本，尝试探索利用可见光进行光固化，主要是利用超声波将碳量子点负载在纳米二氧化钛上得到改性纳米二氧化钛，用得到的改性纳米二氧化钛作为引发剂，在可见光的照射下发生固化^[9]。

1.2 可行性分析

纳米二氧化钛是一种新型的纳米材料，它安全环保、对紫外光敏感，所以在该实验中选择纳米二氧化钛为催化剂。

碳量子点对不同波长的光都可以吸收而且吸收率也很高，同时具有绿色安全、不容易发生反应、容易取得等特性，而且能够运载电荷帮助电荷进行传输。碳量子点的前线轨道能级位于TiO₂导带之上，使得电子容易从碳量子点转移到TiO₂导带，很适合作为TiO₂的敏化剂。所以利用碳量子点将其负载于纳米二氧化钛上得到改性纳米二氧化钛，进而使得其对可见光的吸收大大增强。

在研究改性纳米二氧化钛时也用pH值作为评价标准。pH值主要用于评价光的产酸率，通过测定改性之后的纳米二氧化钛在各种波长的光照之后的pH值的变化情况，进一步探索出最合适的改性条件。

1.3 碳量子点的介绍

碳量子点是一种尺寸非常之小，属于纳米级别，而且不容易与其它物质混合，形状类似于球体的新型碳纳米功能材料。相较于早期出现的量子点而言，碳量子点的尺寸更小，更容易溶于水中，化学性能稳定，容易应用起来，绿色环保，而且可以很好地与很多生物进行融合。

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